JP5866004B2 - 密閉形圧縮機及びヒートポンプ装置 - Google Patents
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Description
本発明は密閉形圧縮機及びヒートポンプ装置、特に、冷媒を圧縮する密閉形圧縮機、及び該密閉形圧縮機を用いたヒートポンプ装置に関する。
冷凍冷蔵庫、空気調和機、ヒートポンプ式給湯器等のヒートポンプ装置には、蒸気圧縮式冷凍サイクルを駆動する冷媒圧縮機が用いられる。地球温暖化防止を図る観点等から、蒸気圧縮式冷凍サイクルの省エネルギー化と効率化とが必要である。
また、冷媒のGWP(地球温暖化係数)を抑制する規制も強化され、HC(イソブタン、プロパン)などの自然冷媒や、HFO1234yfなどの低GWP冷媒等を用いることが検討されている。
しかし、これらの冷媒は、従来のフロン冷媒に比べて低圧低密度で動作するため、冷媒圧縮機の内部で生じる圧力損失による動力損失が圧縮機入力に占める割合が大きくなる。そのため、これらの低圧の代替冷媒を用いた圧縮機の高効率化には、圧力損失の低減が必要である。
また、冷媒のGWP(地球温暖化係数)を抑制する規制も強化され、HC(イソブタン、プロパン)などの自然冷媒や、HFO1234yfなどの低GWP冷媒等を用いることが検討されている。
しかし、これらの冷媒は、従来のフロン冷媒に比べて低圧低密度で動作するため、冷媒圧縮機の内部で生じる圧力損失による動力損失が圧縮機入力に占める割合が大きくなる。そのため、これらの低圧の代替冷媒を用いた圧縮機の高効率化には、圧力損失の低減が必要である。
従来の冷媒圧縮機では、圧縮部で圧縮された冷媒は、吐出口の開閉を制御する吐出弁が開くと、圧縮部のシリンダ室から吐出口を通って、吐出マフラ室へ吐出される。吐出冷媒は、吐出マフラ室で圧力脈動を低減し消音した後、連通口から吐出流路を通って密閉容器の内部空間へ流入する。
ここで、シリンダ室から吐出された後、密閉容器の内部空間へ流入するまでの間に生じる圧力損失が生じると共に、シリンダ室の圧力変化とバルブ開閉との間に生じる位相ずれによって圧力脈動が生じる。かかる圧力脈動が、シリンダ室で過圧縮(オーバシュート)損失により圧縮機効率の低下と冷凍サイクルCOPの低下との原因となる。
また、運転周波数の1次成分の圧力脈動は、密閉容器内のモータロータ部、駆動軸などの圧縮機構にスラスト方向の振動を発生し、信頼性低下の要因となる。さらに、高周波成分の圧力脈動は、高速の吐出噴流、バルブ非線形挙動、吐出マフラ室内の共鳴などにより発生し、騒音の原因となる。
ここで、シリンダ室から吐出された後、密閉容器の内部空間へ流入するまでの間に生じる圧力損失が生じると共に、シリンダ室の圧力変化とバルブ開閉との間に生じる位相ずれによって圧力脈動が生じる。かかる圧力脈動が、シリンダ室で過圧縮(オーバシュート)損失により圧縮機効率の低下と冷凍サイクルCOPの低下との原因となる。
また、運転周波数の1次成分の圧力脈動は、密閉容器内のモータロータ部、駆動軸などの圧縮機構にスラスト方向の振動を発生し、信頼性低下の要因となる。さらに、高周波成分の圧力脈動は、高速の吐出噴流、バルブ非線形挙動、吐出マフラ室内の共鳴などにより発生し、騒音の原因となる。
特許文献1によると、従来は、密閉容器内に電動機と、電動機で回転させる駆動軸と、駆動軸を支持する主軸受及び副軸受と、駆動軸でピストンを単気筒シリンダ内で動作させて冷媒を吸入し圧縮する圧縮要素とから構成する密閉形冷媒圧縮機において、シリンダ室で圧縮された冷媒を吐出させるための第1吐出機構を覆うように主軸受側に第1吐出マフラ室(フロントマフラ室)が形成され、同様に、シリンダ室で圧縮された冷媒を吐出させるための第2吐出機構を覆うように副軸受側に第2吐出マフラ室(リアマフラ室)が形成された、単気筒シリンダの2箇所の吐出孔から吐出する単気筒圧縮機においては、リヤマフラ側の内部圧力が上昇して前記リヤマフラ室の温度が前記フロントマフラ室より高温となり、前記リヤマフラ室に近接する摺動部分(例えば、ローリングピストンやベーンなど)が高温になって異常摩耗や焼付きなどが発生する問題があった。
そこで、特許文献1に記載された発明では、フロントマフラ室に吐出される圧縮冷媒を密閉容器内に案内する第1排出流路と、リヤマフラ室に吐出される圧縮冷媒を密閉容器内に案内する第2排出流路とを設けると共に、フロントマフラ室とリヤマフラ室とを連通する貫通穴(連通流路)が形成されている。
第2吐出機構からリヤマフラ室を経由してから密閉容器内に流出する流路面積が増加し、第1吐出機構に替わって第2吐出機構から流出する流量が増加し、リヤマフラ室の圧力と温度の上昇が小さくなり、リヤマフラに近接する摺動部分の異常摩耗や焼付きなどを問題が防止できることが示されている。
そこで、特許文献1に記載された発明では、フロントマフラ室に吐出される圧縮冷媒を密閉容器内に案内する第1排出流路と、リヤマフラ室に吐出される圧縮冷媒を密閉容器内に案内する第2排出流路とを設けると共に、フロントマフラ室とリヤマフラ室とを連通する貫通穴(連通流路)が形成されている。
第2吐出機構からリヤマフラ室を経由してから密閉容器内に流出する流路面積が増加し、第1吐出機構に替わって第2吐出機構から流出する流量が増加し、リヤマフラ室の圧力と温度の上昇が小さくなり、リヤマフラに近接する摺動部分の異常摩耗や焼付きなどを問題が防止できることが示されている。
代表的な消音マフラとして、(1)ヘルムホルツ共鳴形消音器と、(2)膨張形消音器とが一般的に用いられている(例えば、非特許文献1参照)。
(1)非特許文献1(p.267)によると、開口部を有するバッファ容器で構成したヘルムホルツ共鳴器は、
共鳴周波数:f=(c/2π)×(S/(L×V))0.5
L:開口部有効長さ(=d+k×D)
c:音速、
S:開口部面積(=πD2/4)、
V:バッファ容器容積
D:開口部代表直径、
d:開口部実寸長さ、
補正係数:k
で共鳴して吸音する機能を有する。
(2)非特許文献1(p.180−181)に、代表的な1段膨張形消音器の限界周波数fc(通常は数kHzレベル)より低い周波数で消音機能することが説明されている。
同軸円筒形状(半径a、同軸長さL、上下面に出入口管あり)のものは、同軸方向の共振周波数f1(=0.5×音速/L)が、半径方向の共振周波数f2(=0.6×音速/a)より大きい場合(f1>f2)には、膨張形消音器としては十分機能しないことが示されている。
(1)非特許文献1(p.267)によると、開口部を有するバッファ容器で構成したヘルムホルツ共鳴器は、
共鳴周波数:f=(c/2π)×(S/(L×V))0.5
L:開口部有効長さ(=d+k×D)
c:音速、
S:開口部面積(=πD2/4)、
V:バッファ容器容積
D:開口部代表直径、
d:開口部実寸長さ、
補正係数:k
で共鳴して吸音する機能を有する。
(2)非特許文献1(p.180−181)に、代表的な1段膨張形消音器の限界周波数fc(通常は数kHzレベル)より低い周波数で消音機能することが説明されている。
同軸円筒形状(半径a、同軸長さL、上下面に出入口管あり)のものは、同軸方向の共振周波数f1(=0.5×音速/L)が、半径方向の共振周波数f2(=0.6×音速/a)より大きい場合(f1>f2)には、膨張形消音器としては十分機能しないことが示されている。
従来のロータリ圧縮機の吐出マフラは、軸方向に短い円筒形状のため、膨張形消音器として機能が不十分な側面があるので、これを補うことも課題として残っている。
福田基一、 奥田襄介共著「騒音対策と消音設計」共立出版、1973年、p.180−181、p.267
特許文献1に開示された発明では、1個のシリンダで圧縮し2箇所から吐出する構造なので、フロントマフラ室及びリアマフラ室それぞれで発生する圧力脈動が同位相で同期しており貫通穴またはフロントマフラ室で合成した圧力脈動の一次成分はより大きくなるという問題があった。
また、リアマフラ室から貫通穴を通ってフロントマフラ室に合流させることでフロントマフラ室内の流れが乱れて圧力損失が増加する問題があった。
また、第2吐出機構から吐出された冷媒は、リアマフラ室とフロントマフラ室で2段膨張されるので、消音効果は大きいが圧力損失も大きくなることも課題であった。
なお、特許文献1に記載された発明は、あくまで、1個のシリンダで圧縮する単気筒圧縮機(シングル圧縮機と同義)の場合であって、2シリンダで圧縮する二気筒圧縮機(ツイン圧縮機と同義)の場合に最適な吐出経路の構成は開示されていない。
また、フロントマフラ室の形状は概略同軸円筒形状(半径a、同軸長さL、上下面に出入口管あり)で、同軸長さLが短いため、膨張形消音器として機能が不十分な側面があるので、これを改良することも課題であった。
また、リアマフラ室から貫通穴を通ってフロントマフラ室に合流させることでフロントマフラ室内の流れが乱れて圧力損失が増加する問題があった。
また、第2吐出機構から吐出された冷媒は、リアマフラ室とフロントマフラ室で2段膨張されるので、消音効果は大きいが圧力損失も大きくなることも課題であった。
なお、特許文献1に記載された発明は、あくまで、1個のシリンダで圧縮する単気筒圧縮機(シングル圧縮機と同義)の場合であって、2シリンダで圧縮する二気筒圧縮機(ツイン圧縮機と同義)の場合に最適な吐出経路の構成は開示されていない。
また、フロントマフラ室の形状は概略同軸円筒形状(半径a、同軸長さL、上下面に出入口管あり)で、同軸長さLが短いため、膨張形消音器として機能が不十分な側面があるので、これを改良することも課題であった。
本発明は、前記問題を解決するものであって、密閉形の二気筒圧縮機において、吐出部の圧力脈動低減と圧力損失低減との両立を図ることができる密閉形圧縮機および、該密閉形圧縮機を用いたヒートポンプ装置を提供するものである。
本発明に係る密閉型圧縮機は、密閉容器と、該密閉容器の内部に設置された電動機と、該電動機によって回転駆動され、第1支持部材および第2支持部材によって回転自在に支持された駆動軸と、前記第1支持部材と前記第2支持部材との間に配置された中間仕切板と、前記駆動軸に連結された第1ピストンを移動自在に収納し、前記第1支持部材および前記中間仕切板との間に、第1圧縮室を形成する第1シリンダと、前記第1圧縮室において圧縮された冷媒を吐出する、前記第1支持部材に形成された第1吐出口と、該第1吐出口を覆うように前記第1支持部材に設置され、前記第1吐出口から吐出された冷媒が流入する第1マフラ空間を形成する第1マフラ容器と、前記駆動軸に連結された第2ピストンを移動自在に収納し、前記第2支持部材および前記中間仕切板との間に、第2圧縮室を形成する第2シリンダと、前記第2圧縮室において圧縮された冷媒を吐出する、前記第2支持部材に形成された第2吐出口と、該第2吐出口を覆うように前記第2支持部材に設置され、前記第2吐出口から吐出された冷媒が流入する第2マフラ空間を形成する第2マフラ容器と、前記第1マフラ空間から前記密閉容器の内部空間へ圧縮した冷媒を直接導く第1排出流路と、前記第2マフラ空間から前記密閉容器の内部空間へ圧縮した冷媒を直接導く第2排出流路と、前記第1マフラ空間と前記第2マフラ空間との間を冷媒が流れる連通流路と、を備え、前記第1ピストンと前記第2ピストンとが逆位相で駆動し、前記連通流路内を冷媒が流れて圧力振幅が伝播することで圧力脈動を低減することを特徴とする。
本発明に係る密閉形圧縮機は、圧縮機吐出部の圧力脈動と圧力損失を低減し、高効率化と振動騒音低減、信頼性向上を図ることができる。
以下、図面に基づき、実施の形態1、2を説明する。実施の形態1では、第1圧縮部と第2圧縮部を有する密閉形ツイン圧縮機(密閉形二気筒圧縮機に同じ)について説明し、実施の形態2では前記密閉形ツイン圧縮機を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを説明する。図中において冷媒の流れを太線矢印で示す。なお、各図において同じ部分または対応する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、各図は模式的に描かれたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。
[実施の形態1]
図1は本発明の実施の形態1に係る密閉形ツイン圧縮機の構成を説明するものであって、図1は縦断面図、図2は横断面図(図1に示すA−A’断面)、図3は横断面図(図1に示すB−B’断面)である。
図1において、密閉形ツイン圧縮機(密閉形二気筒圧縮機に同じ)100は、密閉容器8と、密閉容器8の内部空間(以下、「密閉容器内部空間」と称す)3に設置された第1圧縮部10と、第2圧縮部20と、これらを駆動する駆動軸6を具備する圧縮機構99と、駆動軸6を回転する電動機9とを備える。
図1は本発明の実施の形態1に係る密閉形ツイン圧縮機の構成を説明するものであって、図1は縦断面図、図2は横断面図(図1に示すA−A’断面)、図3は横断面図(図1に示すB−B’断面)である。
図1において、密閉形ツイン圧縮機(密閉形二気筒圧縮機に同じ)100は、密閉容器8と、密閉容器8の内部空間(以下、「密閉容器内部空間」と称す)3に設置された第1圧縮部10と、第2圧縮部20と、これらを駆動する駆動軸6を具備する圧縮機構99と、駆動軸6を回転する電動機9とを備える。
(圧縮機構)
圧縮機構99は、第1圧縮部10と第2圧縮部20とを具備するものであって、それぞれ駆動軸6に沿って、その軸方向の下側から上側に向かって順次積層された、第1吐出マフラ30と、第1支持部材(副軸受に相当する)60と、第1圧縮部10を構成する第1シリンダ11と、中間仕切板5と、第2圧縮部20を構成する第2シリンダ21と、第2支持部材(主軸受に相当する)70と、第2吐出マフラ40と、から構成されている。
そして、圧縮機構99の上方には、電動機下部空間3bを挟んで、電動機9が設置され、電動機9(正確には、モータ軸)に駆動軸6が連結されている。
また、密閉容器内部空間3において、駆動軸6の軸方向の最も下側には、圧縮機構99を潤滑する潤滑油の潤滑油貯蔵部3aが設けられている。
圧縮機構99は、第1圧縮部10と第2圧縮部20とを具備するものであって、それぞれ駆動軸6に沿って、その軸方向の下側から上側に向かって順次積層された、第1吐出マフラ30と、第1支持部材(副軸受に相当する)60と、第1圧縮部10を構成する第1シリンダ11と、中間仕切板5と、第2圧縮部20を構成する第2シリンダ21と、第2支持部材(主軸受に相当する)70と、第2吐出マフラ40と、から構成されている。
そして、圧縮機構99の上方には、電動機下部空間3bを挟んで、電動機9が設置され、電動機9(正確には、モータ軸)に駆動軸6が連結されている。
また、密閉容器内部空間3において、駆動軸6の軸方向の最も下側には、圧縮機構99を潤滑する潤滑油の潤滑油貯蔵部3aが設けられている。
(圧縮部)
第1圧縮部10は、平行平板からなる第1シリンダ11を備える。第1シリンダ11は円筒形状であって、第1支持部材60と中間仕切板5とによって挾持され、内周部に圧縮空間である第1シリンダ室11aが形成されている。
第1シリンダ11の中には、駆動軸6の回転により偏心回転する第1回転ピストン12が移動自在に配置されている。また、吸入マフラ7に連通する第1シリンダ吸入口15と、圧縮した冷媒を第1吐出マフラ30とに吐出する第1吐出口16が設けられている(図2参照)。
同様に、第2圧縮部20は、平行平板からなる第2シリンダ21を備える。第2シリンダ21は円筒形状であって、第2支持部材70と中間仕切板5とによって挾持され、内周部に圧縮空間である第2シリンダ室21aが形成されている。
第2シリンダ21の中には、駆動軸6の回転により偏心回転する第2回転ピストン22が移動自在に配置されている。また、吸入マフラ7に連通する第2シリンダ吸入口25と、圧縮した冷媒を第2吐出マフラ40に吐出する第2吐出口26が設けられている(図3参照)。
第1圧縮部10は、平行平板からなる第1シリンダ11を備える。第1シリンダ11は円筒形状であって、第1支持部材60と中間仕切板5とによって挾持され、内周部に圧縮空間である第1シリンダ室11aが形成されている。
第1シリンダ11の中には、駆動軸6の回転により偏心回転する第1回転ピストン12が移動自在に配置されている。また、吸入マフラ7に連通する第1シリンダ吸入口15と、圧縮した冷媒を第1吐出マフラ30とに吐出する第1吐出口16が設けられている(図2参照)。
同様に、第2圧縮部20は、平行平板からなる第2シリンダ21を備える。第2シリンダ21は円筒形状であって、第2支持部材70と中間仕切板5とによって挾持され、内周部に圧縮空間である第2シリンダ室21aが形成されている。
第2シリンダ21の中には、駆動軸6の回転により偏心回転する第2回転ピストン22が移動自在に配置されている。また、吸入マフラ7に連通する第2シリンダ吸入口25と、圧縮した冷媒を第2吐出マフラ40に吐出する第2吐出口26が設けられている(図3参照)。
すなわち、第1吐出口16を覆うように、第1軸受部61を兼ねる第1支持部材(副軸受に相当する)60に第1吐出マフラ容器31が設置され、第1支持部材60と第1吐出マフラ容器31とによって第1吐出マフラ空間32が形成されている(以下、第1吐出マフラ容器31と第1吐出マフラ空間32とをまとめて「第1吐出マフラ30」と称す)。
同様に、第2吐出口26を覆うように、第2軸受部71を兼ねる第2支持部材(主軸受に相当する)70に第2吐出マフラ容器41が設置され、第2支持部材70と第2吐出マフラ容器41とによって第2マフラ空間42が形成されている(以下、第2吐出マフラ容器41と第2マフラ空間42とをまとめて「第2吐出マフラ40」と称す)。
そして、電動機9と第2吐出マフラ容器41との間に電動機下部空間3bが形成されている。
同様に、第2吐出口26を覆うように、第2軸受部71を兼ねる第2支持部材(主軸受に相当する)70に第2吐出マフラ容器41が設置され、第2支持部材70と第2吐出マフラ容器41とによって第2マフラ空間42が形成されている(以下、第2吐出マフラ容器41と第2マフラ空間42とをまとめて「第2吐出マフラ40」と称す)。
そして、電動機9と第2吐出マフラ容器41との間に電動機下部空間3bが形成されている。
さらに、第1支持部材(副軸受に相当する)60の第1吐出口側側面62には、第1吐出口16の周囲にカギ穴形状の溝である第1吐出バルブ凹型設置部18が形成され、第1吐出バルブ凹型設置部18に、第1吐出口16を開閉する第1吐出機構17(ここでは第1リードバルブ17aおよびリフト量を設定する第1ストッパ17b)が取り付けられている。
同様に、第2支持部材(主軸受に相当する)70の第2吐出口側側面72には、第2吐出口26の周囲に形成されたカギ穴形状の溝である第2吐出バルブ凹型設置部28が形成され、第2吐出バルブ凹型設置部28に、第2吐出口26を開閉する第2吐出機構27(ここでは第2リードバルブ27aおよびリフト量を設定する第2ストッパ27b)が取り付けられている。
同様に、第2支持部材(主軸受に相当する)70の第2吐出口側側面72には、第2吐出口26の周囲に形成されたカギ穴形状の溝である第2吐出バルブ凹型設置部28が形成され、第2吐出バルブ凹型設置部28に、第2吐出口26を開閉する第2吐出機構27(ここでは第2リードバルブ27aおよびリフト量を設定する第2ストッパ27b)が取り付けられている。
(吐出マフラ空間)
第1吐出マフラ空間32から電動機下部空間3bに冷媒を直接吐出するために排出流路34が、圧縮機構99(第1支持部材60、第1シリンダ11、中間仕切板5、第2シリンダ21および第2支持部材70)を貫通して設けられている。
このとき、排出流路34の両端は、第1支持部材60の第1吐出口側側面62に形成された排出口34aと、第2支持部材70の第2吐出口側側面72に形成された排出口34bとになっている。また、第1吐出マフラ空間32内の環状流れを駆動軸上方向に滑らかに方向変換しながら排出口34aから排出流路34に流れ込むため第1排出口流入ガイド36が設けられている。
第1吐出マフラ空間32から電動機下部空間3bに冷媒を直接吐出するために排出流路34が、圧縮機構99(第1支持部材60、第1シリンダ11、中間仕切板5、第2シリンダ21および第2支持部材70)を貫通して設けられている。
このとき、排出流路34の両端は、第1支持部材60の第1吐出口側側面62に形成された排出口34aと、第2支持部材70の第2吐出口側側面72に形成された排出口34bとになっている。また、第1吐出マフラ空間32内の環状流れを駆動軸上方向に滑らかに方向変換しながら排出口34aから排出流路34に流れ込むため第1排出口流入ガイド36が設けられている。
また、第2吐出マフラ空間42から電動機下部空間3bに冷媒を直接吐出するために排出流路44が、第2吐出マフラ容器41に設けられている。
さらに、第1吐出マフラ空間32と第2吐出マフラ空間42を連通させる複数の連通流路51、52、53が設けられている。このとき、連通流路51、52、53の両端は、それぞれ第1支持部材60の第1吐出口側側面62に形成された連通口51a、52a、53aと、第2支持部材70の第2吐出口側側面72に形成された連通口51b、52b、53bになっている。
さらに、第1吐出マフラ空間32と第2吐出マフラ空間42を連通させる複数の連通流路51、52、53が設けられている。このとき、連通流路51、52、53の両端は、それぞれ第1支持部材60の第1吐出口側側面62に形成された連通口51a、52a、53aと、第2支持部材70の第2吐出口側側面72に形成された連通口51b、52b、53bになっている。
(共鳴小空間)
そして、第1吐出マフラ空間32側の連通口52aは、第1圧縮部10の第1吐出口16に近い位相に配置され、第1排出口流入ガイド36および第1吐出口背面ガイド37によって囲まれた第1共鳴小空間39内に配置されている。
また、第1吐出マフラ空間32側の連通口51aは、第1圧縮部10の第1吐出口16に近い位相に配置され、第1共鳴小空間39の外に配置されている(図2参照)。
一方、第2吐出マフラ空間42側の連通口51bは、第2圧縮部20の第2吐出口26に近い位相に配置され、第2排出口流入ガイド46および第2吐出口背面ガイド47によって囲まれた第2共鳴小空間49内に配置されている。
そして、第1吐出マフラ空間32側の連通口52aは、第1圧縮部10の第1吐出口16に近い位相に配置され、第1排出口流入ガイド36および第1吐出口背面ガイド37によって囲まれた第1共鳴小空間39内に配置されている。
また、第1吐出マフラ空間32側の連通口51aは、第1圧縮部10の第1吐出口16に近い位相に配置され、第1共鳴小空間39の外に配置されている(図2参照)。
一方、第2吐出マフラ空間42側の連通口51bは、第2圧縮部20の第2吐出口26に近い位相に配置され、第2排出口流入ガイド46および第2吐出口背面ガイド47によって囲まれた第2共鳴小空間49内に配置されている。
また、第2吐出マフラ空間42側の連通口52bは、第2圧縮部20の第2吐出口26に近い位相に配置され、第2共鳴小空間49の外に配置されている(図3参照)。
また、連通流路53の連通口53aおよび連通口53bは、それぞれは第1共鳴小空間39および第2共鳴小空間49の外に配置され、第1吐出マフラ空間32と第2吐出マフラ空間42とが直接(第1共鳴小空間39または第2共鳴小空間49を経由しないで)連通され、冷媒が流れ易く、圧力変動が伝わり易いように設計されている。これは、シリンダ内で逆位相に駆動される第1ピストンおよび第2ピストンによって、逆位相で圧縮し吐出された冷媒が連通流路を経由して混合しやすくなり、互いに逆位相の圧力脈動が打ち消しあう効果が得やすくするためである。
また、連通流路53の連通口53aおよび連通口53bは、それぞれは第1共鳴小空間39および第2共鳴小空間49の外に配置され、第1吐出マフラ空間32と第2吐出マフラ空間42とが直接(第1共鳴小空間39または第2共鳴小空間49を経由しないで)連通され、冷媒が流れ易く、圧力変動が伝わり易いように設計されている。これは、シリンダ内で逆位相に駆動される第1ピストンおよび第2ピストンによって、逆位相で圧縮し吐出された冷媒が連通流路を経由して混合しやすくなり、互いに逆位相の圧力脈動が打ち消しあう効果が得やすくするためである。
なお、第1排出口流入ガイド36および第1吐出口背面ガイド37は隙間や孔が多数設けられて板材や、所定の目開きを有する網材によって形成され、第1共鳴小空間39の内から外あるいは外から内に冷媒が通過自在に設計されている(通過の際、所定の抵抗を受ける)。同様に、第2排出口流入ガイド46および第2吐出口背面ガイド47は隙間や孔が多数設けられて板材や、所定の目開きを有する網材によって形成され、第2共鳴小空間49の内から外あるいは外から内に冷媒が通過自在に設計されている(通過の際、所定の抵抗を受ける)。
このとき、第1共鳴小空間39および第2共鳴小空間49のそれぞれについて、容積Vと、連通流路52および51の寸法(長さL、流路断面S)を、ヘルムホルツ共鳴周波数に合せて設計することが可能である。第2吐出マフラ空間42および第1吐出マフラ空間32で発生した問題となる運転周波数に合せて設計すれば、問題となる中速周波数帯成分(通常は運転周波数の2次成分、100Hz以上)を取り除くことが可能である。
なお、第1共鳴小空間39の容積、または、第2共鳴小空間49の容積は、運転周波数の1次成分fで共鳴するように、連通流路52の長さdと直径Dを、
共鳴周波数:f=(c/2π)×(S/(L×V))0.5
L:開口部有効長さ(=d+k×D)
c:冷媒ガス音速、
S:開口部面積(=πD2/4)、
V:共鳴バッファ空間の容積
補正係数:k(約1.57×0.5、すなわち、0.75から0.8の範囲)
を満たすように定めることができる。
このとき、第1共鳴小空間39および第2共鳴小空間49のそれぞれについて、容積Vと、連通流路52および51の寸法(長さL、流路断面S)を、ヘルムホルツ共鳴周波数に合せて設計することが可能である。第2吐出マフラ空間42および第1吐出マフラ空間32で発生した問題となる運転周波数に合せて設計すれば、問題となる中速周波数帯成分(通常は運転周波数の2次成分、100Hz以上)を取り除くことが可能である。
なお、第1共鳴小空間39の容積、または、第2共鳴小空間49の容積は、運転周波数の1次成分fで共鳴するように、連通流路52の長さdと直径Dを、
共鳴周波数:f=(c/2π)×(S/(L×V))0.5
L:開口部有効長さ(=d+k×D)
c:冷媒ガス音速、
S:開口部面積(=πD2/4)、
V:共鳴バッファ空間の容積
補正係数:k(約1.57×0.5、すなわち、0.75から0.8の範囲)
を満たすように定めることができる。
また、通常の吐出マフラは扁平した円筒形状のため、軸方向長さが短く膨張形消音器として機能が不十分であったので、本実施の形態1では、吐出マフラを吐出口16、26から排出口にいたるまでの長方形断面の循環流路とみなして、循環方向に長くなるようにして、限界周波数をあげることにした。
第1圧縮部10側の第1吐出マフラ空間32は、第1吐出口16から吐出された冷媒が、図2において反時計回りの方向(A方向)に流れて第1排出口34aから第1排出流路34に流れ込むように、第1吐出口16の背面側(時計回り方向)に第1吐出口背面ガイド37を配置し、第1吐出口16から第1排出口34aまでの距離をできるだけ長くしている。なお、第1排出口流入ガイド36および第1吐出口背面ガイド37は冷媒が通過自在に設計されているから、前記冷媒の一部は、反時計回りの方向に(A方向)に循環する。
第1圧縮部10側の第1吐出マフラ空間32は、第1吐出口16から吐出された冷媒が、図2において反時計回りの方向(A方向)に流れて第1排出口34aから第1排出流路34に流れ込むように、第1吐出口16の背面側(時計回り方向)に第1吐出口背面ガイド37を配置し、第1吐出口16から第1排出口34aまでの距離をできるだけ長くしている。なお、第1排出口流入ガイド36および第1吐出口背面ガイド37は冷媒が通過自在に設計されているから、前記冷媒の一部は、反時計回りの方向に(A方向)に循環する。
また、第2圧縮部20側の第2吐出マフラ空間42は、第2吐出口26から図3において時計回りの方向(B方向)に冷媒が流れて第2排出流路44に流れ込むように、第2吐出口26の背面側(反時計回りの方向)に第2吐出口背面ガイド47を配置し、第2吐出口26から第2排出流路44までの距離をできるだけ長くしている。このため、膨張形消音器として低い周波数領域(運転周波数の1次成分及び2次成分)に対応できるように設計されている。なお、第2排出口流入ガイド46および第2吐出口背面ガイド47は冷媒が通過自在に設計されているから、前記冷媒の一部は、時計回りの方向に(B方向)に循環する。
(冷媒の流れ)
次に、密閉形ツイン圧縮機100における冷媒流れを説明する。
まず、低圧の冷媒は、圧縮機吸入管1を経由して(図1の矢印I)、吸入マフラ7へ流入する(図1の矢印II)。吸入マフラ7へ流入した冷媒は、吸入マフラ7の中でガス冷媒と液冷媒とに分離される。ガス冷媒は吸入マフラ連結管4を通って、第1圧縮部10の第1シリンダ11内と第2圧縮部20の第2シリンダ21内に分配され吸入される(図1の(矢印III、矢印IV)。
そして、第1シリンダ11に吸入された冷媒は圧縮され、高圧の冷媒となって、第1吐出口16から第1吐出マフラ空間32へ吐出され(図1の矢印V)、第1排出口34aから第1排出流路34に流入し、第2排出口34bから、電動機下部空間3bへ排出される(図1の矢印VII)。さらに、電動機9の隙間を通って上昇し電動機上部空間3cから圧縮機吐出管2を経て外部冷媒回路へ吐出される(図1の矢印IX)。
次に、密閉形ツイン圧縮機100における冷媒流れを説明する。
まず、低圧の冷媒は、圧縮機吸入管1を経由して(図1の矢印I)、吸入マフラ7へ流入する(図1の矢印II)。吸入マフラ7へ流入した冷媒は、吸入マフラ7の中でガス冷媒と液冷媒とに分離される。ガス冷媒は吸入マフラ連結管4を通って、第1圧縮部10の第1シリンダ11内と第2圧縮部20の第2シリンダ21内に分配され吸入される(図1の(矢印III、矢印IV)。
そして、第1シリンダ11に吸入された冷媒は圧縮され、高圧の冷媒となって、第1吐出口16から第1吐出マフラ空間32へ吐出され(図1の矢印V)、第1排出口34aから第1排出流路34に流入し、第2排出口34bから、電動機下部空間3bへ排出される(図1の矢印VII)。さらに、電動機9の隙間を通って上昇し電動機上部空間3cから圧縮機吐出管2を経て外部冷媒回路へ吐出される(図1の矢印IX)。
また、第2シリンダ21に吸入され圧縮された冷媒は圧縮され、高圧の冷媒となって、第2吐出口26から第2吐出マフラ空間42へ吐出され(図1の矢印VI)、第2排出流路44を通って電動機下部空間3bへ排出される(図1の矢印VIII)。さらに、電動機9の隙間を通って上昇し電動機上部空間3cから圧縮機吐出管2を経て外部冷媒回路へ吐出される(図1の矢印IX)。
なお、第1圧縮部10が冷媒を吐出するとき、第2圧縮部20は冷媒を吸入し、反対に、第1圧縮部10が冷媒を吸入するとき、第2圧縮部20は冷媒を吐出する(以下、「逆位相で動作する」と称す)。
なお、第1圧縮部10が冷媒を吐出するとき、第2圧縮部20は冷媒を吸入し、反対に、第1圧縮部10が冷媒を吸入するとき、第2圧縮部20は冷媒を吐出する(以下、「逆位相で動作する」と称す)。
(吐出マフラ空間における圧力脈動の低減機能)
以上のように、本実施の形態1に係る密閉形ツイン圧縮機100では、第1圧縮部10と第2圧縮部20とが逆位相で動作するため、第1吐出マフラ30で発生する圧力脈動の1次成分と第2吐出マフラ40で発生する圧力脈動の1次成分とは逆位相になる。そのため、それぞれの一次成分を、連通流路53を使って合流させることで打ち消すことができる。
したがって、圧力脈動の1次成分を低減することができるので、圧縮仕事入力増加への影響を低減することができ、圧縮機構99の内から外へ放出される振動騒音を低減することができる。さらに、圧力脈動の1次成分の低減によって、密閉容器8内の電動機9の上下振動の発生も抑えることができる。
以上のように、本実施の形態1に係る密閉形ツイン圧縮機100では、第1圧縮部10と第2圧縮部20とが逆位相で動作するため、第1吐出マフラ30で発生する圧力脈動の1次成分と第2吐出マフラ40で発生する圧力脈動の1次成分とは逆位相になる。そのため、それぞれの一次成分を、連通流路53を使って合流させることで打ち消すことができる。
したがって、圧力脈動の1次成分を低減することができるので、圧縮仕事入力増加への影響を低減することができ、圧縮機構99の内から外へ放出される振動騒音を低減することができる。さらに、圧力脈動の1次成分の低減によって、密閉容器8内の電動機9の上下振動の発生も抑えることができる。
しかしながら、圧力脈動は高次成分を含むため、2次成分や、より高次の成分が残ることになるが、本発明では、第1共鳴小空間39および第2共鳴小空間49のそれぞれの容積Vと、連通流路寸法(長さL、流路断面S)を、吸収消音したい周波数帯に合せてヘルムホルツ共鳴周波数を設計すればよい。
本実施の形態1では、圧力振幅のエネルギーレベルが運転周波数1次成分の次に高い2次成分を、ヘルムホルツ共鳴により取り除くように設計する。
例えば、R410A冷媒空調冷房定格条件で圧縮機運転条件をPd/Ps=1.2MPa/2.3MPa、Ts=35℃、運転周波数60Hz、2馬力クラス入力を仮定する。
本実施の形態1では、圧力振幅のエネルギーレベルが運転周波数1次成分の次に高い2次成分を、ヘルムホルツ共鳴により取り除くように設計する。
例えば、R410A冷媒空調冷房定格条件で圧縮機運転条件をPd/Ps=1.2MPa/2.3MPa、Ts=35℃、運転周波数60Hz、2馬力クラス入力を仮定する。
一般的に冷媒圧縮機の運転周波数はインバータにより10Hzから120Hzの範囲で可変可能であるが、定格運転周波数60Hzをターゲットに2次成分でヘルムホルツ共鳴となるように、第1共鳴小空間39および第2共鳴小空間49のそれぞれの容積Vと、連通流路寸法(長さL、流路断面S)を設計すると、共鳴流路1本で、配管径8mm、長さ60mm、共鳴口を囲う小空間の容積V=54ccのとき、共鳴周波数120Hzとなる。通常、ロータリ圧縮機の吐出マフラは圧縮部を覆いこむためシリンダ内径より大きく設計する必要があり、膨張形消音器として機能するため、容積は200cc程度必要であり、54cc程度の小空間を別途構成する。
さらに、第1吐出マフラ空間32では、冷媒を第1吐出口16から円弧状に流して(一部は円環状に循環させて)第1排出口34aから排出するように、第1吐出口16から第1排出口34aまでの距離をできるだけ長く設計することができる。
同様に、第2吐出マフラ空間42では、冷媒を第2吐出口26から円弧状に流して(一部は円環状に循環させて)第2排出流路44から排出するように、第2吐出口26から第2排出流路44までの距離をできるだけ長く設計することができる。
このため、膨張形消音器として騒音の問題となるkHz帯の周波数領域を含めることができる。また、効率で問題となる運転周波数の1次成分、2次成分は、連通流路53、ヘルムフォルツ共鳴流路51、52により圧力脈動損失を低減することができる。
同様に、第2吐出マフラ空間42では、冷媒を第2吐出口26から円弧状に流して(一部は円環状に循環させて)第2排出流路44から排出するように、第2吐出口26から第2排出流路44までの距離をできるだけ長く設計することができる。
このため、膨張形消音器として騒音の問題となるkHz帯の周波数領域を含めることができる。また、効率で問題となる運転周波数の1次成分、2次成分は、連通流路53、ヘルムフォルツ共鳴流路51、52により圧力脈動損失を低減することができる。
(圧力損失の低減)
また、複数の連通流路51、52、53を使って合流させ、特に、抵抗の小さい3本目の連通流路53を追加したので、第1吐出マフラ空間32及び第2吐出マフラ空間42の間で差圧がつきにくい構造になっている。さらに、第1吐出マフラ空間32及び第2吐出マフラ空間42のそれぞれから直接、電動機下部空間3bに排出する第1排出流路34および第2排出流路44が設けられているため、圧力損失がつきにくい構造である。
また、複数の連通流路51、52、53を使って合流させ、特に、抵抗の小さい3本目の連通流路53を追加したので、第1吐出マフラ空間32及び第2吐出マフラ空間42の間で差圧がつきにくい構造になっている。さらに、第1吐出マフラ空間32及び第2吐出マフラ空間42のそれぞれから直接、電動機下部空間3bに排出する第1排出流路34および第2排出流路44が設けられているため、圧力損失がつきにくい構造である。
以上、本実施の形態1の密閉形ツイン圧縮機100を用いることによって、圧力損失の低減と圧力脈動の低減とを両立させることができ、圧縮機効率の改善、振動騒音の低減、信頼性向上する効果を得ることができる。
[実施の形態2]
図4は本発明の実施の形態2に係る密閉形ツイン圧縮機の構成を説明するものであって、図4は縦断面図、図5は横断面図(図4に示すA−A’断面)、図6は横断面図(図4に示すB−B’断面)である。なお、実施の形態1と同じ部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
本実施の形態2では、第1小空間39と第2小空間49の壁を多孔質材料で形成し、第1吐出マフラ30と第2吐出マフラ40と間を冷媒ガスが流動可能になった点が異なる。第1吐出マフラ30と第2吐出マフラ40との間で逆位相の圧力変動を打ち消す連通流路53がなくなったが、第1共鳴流路51と第2共鳴流路52は、第1吐出マフラ30と第2吐出マフラ40との間で逆位相の圧力変動を打ち消す連通流路の機能を兼ねる。その他の構成は、本実施の形態1と同様であるが、第1小空間39と第2小空間49でのヘルムホルツ共鳴による消音効果が多少(10%程度)低下する。また、第1小空間39と第2小空間49を通過する抵抗のため、実施の形態1の連通流路にくらべると圧力脈動低減効果が低下する。
図4は本発明の実施の形態2に係る密閉形ツイン圧縮機の構成を説明するものであって、図4は縦断面図、図5は横断面図(図4に示すA−A’断面)、図6は横断面図(図4に示すB−B’断面)である。なお、実施の形態1と同じ部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
本実施の形態2では、第1小空間39と第2小空間49の壁を多孔質材料で形成し、第1吐出マフラ30と第2吐出マフラ40と間を冷媒ガスが流動可能になった点が異なる。第1吐出マフラ30と第2吐出マフラ40との間で逆位相の圧力変動を打ち消す連通流路53がなくなったが、第1共鳴流路51と第2共鳴流路52は、第1吐出マフラ30と第2吐出マフラ40との間で逆位相の圧力変動を打ち消す連通流路の機能を兼ねる。その他の構成は、本実施の形態1と同様であるが、第1小空間39と第2小空間49でのヘルムホルツ共鳴による消音効果が多少(10%程度)低下する。また、第1小空間39と第2小空間49を通過する抵抗のため、実施の形態1の連通流路にくらべると圧力脈動低減効果が低下する。
以上、本実施の形態2の密閉形ツイン圧縮機100を用いることによって、実施の形態1に比べて若干効果が劣るものの、圧力損失の低減と圧力脈動の低減とを両立させることができ、圧縮機効率の改善、振動騒音の低減、信頼性向上する効果を得ることができる。
[実施の形態3]
図7は本発明の実施の形態3に係る密閉形ツイン圧縮機の構成を説明するものであって、図7は縦断面図、図8は横断面図(図7に示すA−A’断面)、図9は横断面図(図7に示すB−B’断面)である。なお、実施の形態1と同じ部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
本実施の形態3では、第1小空間39と第2小空間49がなくなった点が実施の形態2と異なる。第1小空間39と第2小空間49の共鳴バッファ空間の機能を第1吐出マフラ30と第2吐出マフラ40が兼ねる。ヘルムホルツ共鳴させる周波数が運転周波数レベル(20〜100Hz)であれば、通常の吐出マフラ容積レベル(200cc以上)であっても成立する。
図7は本発明の実施の形態3に係る密閉形ツイン圧縮機の構成を説明するものであって、図7は縦断面図、図8は横断面図(図7に示すA−A’断面)、図9は横断面図(図7に示すB−B’断面)である。なお、実施の形態1と同じ部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
本実施の形態3では、第1小空間39と第2小空間49がなくなった点が実施の形態2と異なる。第1小空間39と第2小空間49の共鳴バッファ空間の機能を第1吐出マフラ30と第2吐出マフラ40が兼ねる。ヘルムホルツ共鳴させる周波数が運転周波数レベル(20〜100Hz)であれば、通常の吐出マフラ容積レベル(200cc以上)であっても成立する。
例えば、R410A冷媒空調冷房定格条件で圧縮機運転条件をPd/Ps=1.2MPa/2.3MPa、Ts=35℃、運転周波数60Hz、2馬力クラス入力を仮定して、圧力振幅のエネルギーレベルが運転周波数1次成分の次に高い2次成分を、ヘルムホルツ共鳴により取り除くように設計する。
一般的に冷媒圧縮機の運転周波数はインバータにより10Hzから120Hzの範囲で可変可能であるが、定格運転周波数60Hzをターゲットに1次成分と2次成分でヘルムホルツ共鳴となるように、第1吐出マフラ30および第2吐出マフラ40のそれぞれの容積Vと、連通流路寸法(長さL、流路断面S)を設計する。
一般的に冷媒圧縮機の運転周波数はインバータにより10Hzから120Hzの範囲で可変可能であるが、定格運転周波数60Hzをターゲットに1次成分と2次成分でヘルムホルツ共鳴となるように、第1吐出マフラ30および第2吐出マフラ40のそれぞれの容積Vと、連通流路寸法(長さL、流路断面S)を設計する。
第1共鳴流路1本で、配管径8mm、長さ60mm、第2吐出マフラ容積V=215ccのとき、共鳴周波数60Hzとなる。また、第2共鳴流路1本で、配管径14mm、長さ60mm、共鳴口を囲う小空間の容積V=150ccのとき、共鳴周波数120Hzとなる。第1吐出マフラと共鳴流路51で2次成分120Hz、第2吐出マフラと共鳴流路52で1次成分60Hzとなるように設計したので、二種類の周波数成分をカバーすることが可能である。
その他の構成は、実施の形態1と同様であるが、第1小空間39と第2小空間49でのヘルムホルツ共鳴による消音効果が低下する。また、ヘルムホルツ共鳴に必要な流路面積は小さいので、通過する圧力抵抗が大きくなり、実施の形態1の連通流路にくらべると圧力脈動低減効果が低下する。
その他の構成は、実施の形態1と同様であるが、第1小空間39と第2小空間49でのヘルムホルツ共鳴による消音効果が低下する。また、ヘルムホルツ共鳴に必要な流路面積は小さいので、通過する圧力抵抗が大きくなり、実施の形態1の連通流路にくらべると圧力脈動低減効果が低下する。
以上、本実施の形態3の密閉形ツイン圧縮機100を用いることによって、実施の形態1に比べて若干効果が劣るものの、圧力損失の低減と圧力脈動の低減とを両立させることができ、圧縮機効率の改善、振動騒音の低減、信頼性向上する効果を得ることができる。
[実施の形態4]
図10は本発明の実施の形態4に係る密閉形ツイン圧縮機の構成を説明するものであって、図10は縦断面図、図11は横断面図(図10に示すA−A’断面)、図12は横断面図(図10に示すB−B’断面)である。なお、実施の形態1と同じ部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
本実施の形態4では、共鳴流路54が1本のみとなり、第1吐出マフラ側の共鳴口54aを多孔質壁の第1小空間39で覆い、第2吐出マフラ側の共鳴口54bを多孔質壁の第2小空間49で覆う点が、実施の形態1と異なる。実施の形態1の共鳴流路51、52の機能、連通流路53の機能を、共鳴流路54が1本のみで行う。ここでは、第1吐出マフラと第2吐出マフラの容積を2倍程度の差異をつけることで、二種類の周波数成分をカバーすることが可能である。
図10は本発明の実施の形態4に係る密閉形ツイン圧縮機の構成を説明するものであって、図10は縦断面図、図11は横断面図(図10に示すA−A’断面)、図12は横断面図(図10に示すB−B’断面)である。なお、実施の形態1と同じ部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
本実施の形態4では、共鳴流路54が1本のみとなり、第1吐出マフラ側の共鳴口54aを多孔質壁の第1小空間39で覆い、第2吐出マフラ側の共鳴口54bを多孔質壁の第2小空間49で覆う点が、実施の形態1と異なる。実施の形態1の共鳴流路51、52の機能、連通流路53の機能を、共鳴流路54が1本のみで行う。ここでは、第1吐出マフラと第2吐出マフラの容積を2倍程度の差異をつけることで、二種類の周波数成分をカバーすることが可能である。
一般的に冷媒圧縮機の運転周波数はインバータにより10Hzから120Hzの範囲で可変可能であるが、定格運転周波数60Hzをターゲットに1次成分と2次成分でヘルムホルツ共鳴となるように、第1共鳴小空間39および第2共鳴小空間49のそれぞれの容積Vと、連通流路寸法(長さL、流路断面S)を設計する。
共鳴流路54で、配管径5mm、長さ60mm、共鳴口を囲う第2小空間の容積V=22ccのとき、共鳴周波数120Hzとなる。また、共鳴口を囲う第1小空間の容積V=87ccのとき、共鳴周波数60Hzとなる。
通常、ロータリ圧縮機の吐出マフラは圧縮部を覆いこむためシリンダ内径より大きく設計する必要があり、膨張形消音器として機能するため、容積は200cc程度必要であり、54ccの第1小空間と87cc程度の第2小空間とを別途構成する。ここでは、第1吐出マフラと共鳴流路54で2次成分120Hz、第2吐出マフラと共鳴流路54で1次成分60Hzとなるように設計したので、二種類の周波数成分をカバーすることが可能である。
その他の構成は、本実施の形態1と同様であるが、共鳴流路54が1本のみとなり、共鳴口54aと54bは小空間を通過するため、圧力抵抗が大きくなり、実施の形態1の3本の構成にくらべると圧力脈動を低減する効果が低下する。
共鳴流路54で、配管径5mm、長さ60mm、共鳴口を囲う第2小空間の容積V=22ccのとき、共鳴周波数120Hzとなる。また、共鳴口を囲う第1小空間の容積V=87ccのとき、共鳴周波数60Hzとなる。
通常、ロータリ圧縮機の吐出マフラは圧縮部を覆いこむためシリンダ内径より大きく設計する必要があり、膨張形消音器として機能するため、容積は200cc程度必要であり、54ccの第1小空間と87cc程度の第2小空間とを別途構成する。ここでは、第1吐出マフラと共鳴流路54で2次成分120Hz、第2吐出マフラと共鳴流路54で1次成分60Hzとなるように設計したので、二種類の周波数成分をカバーすることが可能である。
その他の構成は、本実施の形態1と同様であるが、共鳴流路54が1本のみとなり、共鳴口54aと54bは小空間を通過するため、圧力抵抗が大きくなり、実施の形態1の3本の構成にくらべると圧力脈動を低減する効果が低下する。
以上、本実施の形態4の密閉形ツイン圧縮機100を用いることによって、実施の形態1に比べて若干効果が劣るものの、圧力損失の低減と圧力脈動の低減とを両立させることができ、圧縮機効率の改善、振動騒音の低減、信頼性向上する効果を得ることができる。
なお、実施の形態1〜3に示す密閉形ツイン圧縮機100によって得られる圧縮機効率改善効果は、蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられる冷媒の種類によって異なる。すなわち、密閉形ツイン圧縮機100において動作する圧力と密度とが小さい冷媒ほど、発生する圧力損失による動力損失が圧縮機入力に占める割合が大きいことから、圧縮機効率改善効果が大きくなる。
冷熱空調機器の世界市場で現状用いられるフロン冷媒(R410A、R22)に比べて、HC冷媒(イソブタン、プロパン、プロピレン)や、HFO1234yfなどの低GWP(低地球温暖化係数)冷媒は、低圧・低密度で動作するため、とくに、圧縮機効率の改善、振動騒音の低減、信頼性の向上を図る効果が大きい。
冷熱空調機器の世界市場で現状用いられるフロン冷媒(R410A、R22)に比べて、HC冷媒(イソブタン、プロパン、プロピレン)や、HFO1234yfなどの低GWP(低地球温暖化係数)冷媒は、低圧・低密度で動作するため、とくに、圧縮機効率の改善、振動騒音の低減、信頼性の向上を図る効果が大きい。
以上、実施の形態1から3では回転ピストン式のロータリ圧縮機を想定した密閉形ツイン圧縮機100について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、その他ロータリ圧縮機であるスイングピストン式やスライディングベーン式や、ロータリ式以外の圧縮機方式であるレシプロ式やスクロール式などの場合にも、吸入側にアキュムレータを付設する場合は、実施の形態1と同様に圧縮機効率改善する効果が得られる。
[実施の形態5]
図13は本発明の実施の形態5に係るヒートポンプ装置の構成図である。なお、実施の形態1と同じ部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図13において、ヒートポンプ装置(蒸気圧縮式冷凍サイクル装置)200は、実施の形態1に示した密閉形ツイン圧縮機100と、放熱器102と、膨張機構103と、蒸発器104と、これらを順位連結して冷媒を循環させる冷媒配管105と、を備えている。
したがって、ヒートポンプ装置200は密閉形ツイン圧縮機100を用いることによって、省エネ効率の改善、振動騒音の低減、信頼性向上を図ることができる。
図13は本発明の実施の形態5に係るヒートポンプ装置の構成図である。なお、実施の形態1と同じ部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図13において、ヒートポンプ装置(蒸気圧縮式冷凍サイクル装置)200は、実施の形態1に示した密閉形ツイン圧縮機100と、放熱器102と、膨張機構103と、蒸発器104と、これらを順位連結して冷媒を循環させる冷媒配管105と、を備えている。
したがって、ヒートポンプ装置200は密閉形ツイン圧縮機100を用いることによって、省エネ効率の改善、振動騒音の低減、信頼性向上を図ることができる。
1:圧縮機吸入管、2:圧縮機吐出管、3:密閉容器内部空間、3a:潤滑油貯蔵部、3b:電動機下部空間、3c:電動機上部空間、4:吸入マフラ連結管、5:中間仕切板、6:駆動軸、7:吸入マフラ、8:密閉容器、9:電動機、10:圧縮部、11:第1シリンダ、11a:第1シリンダ室、12:第1回転ピストン、15:第1シリンダ吸入口、16:第1吐出口、17:第1吐出機構、17a:第1リードバルブ、17b:第1ストッパ、18:第1吐出バルブ凹型設置部、20:第2圧縮部、21:第2シリンダ、21a:第2シリンダ室、22:第2回転ピストン、25:第2シリンダ吸入口、26:第2吐出口、27:第2吐出機構、27a:第2リードバルブ、27b:第2ストッパ、28:第2吐出バルブ凹型設置部、30:第1吐出マフラ、31:第1吐出マフラ容器、32:第1吐出マフラ空間、34:第1排出流路、34a:排出口、34b:排出口、36:第1排出口流入ガイド、37:第1吐出口背面ガイド、39:共鳴小空間、40:第2吐出マフラ、41:第2吐出マフラ容器、42:第2吐出マフラ空間、44:第2排出流路、46:第2排出口流入ガイド、47:第2吐出口背面ガイド、49:第2共鳴小空間、51:共鳴流路、51a:共鳴口、51b:共鳴口、52:共鳴流路、52a:共鳴口、52b:共鳴口、54:共鳴流路、54a:共鳴口、54b:共鳴口、
53:連通流路、53a:連通口、53b:連通口、60:第1支持部材、61:第1軸受部、62:第1吐出口側側面、70:第2支持部材、71:第2軸受部、72:第2吐出口側側面、99:圧縮機構、100:密閉形ツイン圧縮機、102:放熱器、103:膨張機構、104:蒸発器、105:冷媒配管、110:室内機本体、200:ヒートポンプ装置。
53:連通流路、53a:連通口、53b:連通口、60:第1支持部材、61:第1軸受部、62:第1吐出口側側面、70:第2支持部材、71:第2軸受部、72:第2吐出口側側面、99:圧縮機構、100:密閉形ツイン圧縮機、102:放熱器、103:膨張機構、104:蒸発器、105:冷媒配管、110:室内機本体、200:ヒートポンプ装置。
Claims (11)
- 密閉容器と、
該密閉容器の内部に設置された電動機と、
該電動機によって回転駆動され、第1支持部材および第2支持部材によって回転自在に支持された駆動軸と、
前記第1支持部材と前記第2支持部材との間に配置された中間仕切板と、
前記駆動軸に連結された第1ピストンを移動自在に収納し、前記第1支持部材および前記中間仕切板との間に、第1圧縮室を形成する第1シリンダと、前記第1圧縮室において圧縮された冷媒を吐出する、前記第1支持部材に形成された第1吐出口と、該第1吐出口を覆うように前記第1支持部材に設置され、前記第1吐出口から吐出された冷媒が流入する第1マフラ空間を形成する第1マフラ容器と、
前記駆動軸に連結された第2ピストンを移動自在に収納し、前記第2支持部材および前記中間仕切板との間に、第2圧縮室を形成する第2シリンダと、前記第2圧縮室において圧縮された冷媒を吐出する、前記第2支持部材に形成された第2吐出口と、該第2吐出口を覆うように前記第2支持部材に設置され、前記第2吐出口から吐出された冷媒が流入する第2マフラ空間を形成する第2マフラ容器と、
前記第1マフラ空間から前記密閉容器の内部空間へ圧縮した冷媒を直接導く第1排出流路と、前記第2マフラ空間から前記密閉容器の内部空間へ圧縮した冷媒を直接導く第2排出流路と、前記第1マフラ空間と前記第2マフラ空間との間を冷媒が流れる連通流路と、
を備え、
前記第1ピストンと前記第2ピストンとが逆位相で駆動し、前記連通流路内を冷媒が流れて圧力振幅が伝播することで圧力脈動を低減することを特徴とする密閉形圧縮機。 - 前記連通流路の両端に開口部を設け、前記第1マフラ容器内または前記第2マフラ容器内に前記開口部の一方を覆う共鳴バッファ空間を有し、前記共鳴バッファ空間と前記連通流路とでヘルムホルツ共鳴型消音器を構成したことを特徴とする請求項1に記載の密閉形圧縮機。
- 前記ヘルムホルツ共鳴型消音器を構成する前記共鳴バッファ空間の容積をV、前記連通流路の長さをdと直径をDとして、運転周波数の整数倍成分fで共鳴するように、
共鳴周波数:f=(c/2π)×(S/(L×V))0.5
L:開口部有効長さ(=d+k×D)
c:冷媒ガス音速、
S:開口部面積(=πD2/4)、
V:共鳴バッファ空間の容積
D:開口部代表直径
d:開口部実寸長さ
k:補正係数
を満たすように定めたことを特徴とする請求項2に記載の密閉形圧縮機。 - 前記第1マフラ容器内に前記連通流路と繋がる第1連通口を覆うように第1小空間を備える、あるいは、前記第2マフラ容器内に前記連通流路と繋がる第2連通口を覆うように第2小空間を備えたことを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の密閉形圧縮機。
- 前記連通流路を2本以上備え、前記第1マフラ空間内の前記第1連通口側を前記第1小空間で覆って前記第2連通口側を前記第2小空間で覆わない第1連通流路と、前記第2マフラ空間内の前記第2連通口側を前記第2小空間で覆って前記第1連通口側を前記第1小空間で覆わない第2連通流路と、を設けたことを特徴とする請求項4に記載の密閉形圧縮機。
- 前記連通流路を3本以上備え、前記第1連通流路と前記第2連通流路とは別に、前記第1連通口も前記第2連通口ともに小空間で覆わない第3連通流路を設けたことを特徴とする請求項5に記載の密閉形圧縮機。
- 前記第1マフラ空間の容積が前記第2マフラ空間の容積に対して、2倍以上に大きいか、あるいは1/2倍以下に小さいことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の密閉形圧縮機。
- 前記第1吐出口から吐出された冷媒が前記第1排出流路から前記密閉容器の内部空間へ流出する圧力抵抗が、前記連通流路を通って前記密閉容器の内部空間へ流出する圧力抵抗より小さくて、さらに、前記第2吐出口から吐出された冷媒が前記第2排出流路から前記密閉容器の内部空間へ流出する圧力抵抗が、前記連通流路を通って前記密閉容器の内部空間へ流出する圧力抵抗より小さいことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の密閉形圧縮機。
- 前記第1マフラ空間は環状であって、前記第1マフラ空間を分断する第1吐出口背面ガイドが設置され、
該第1吐出口背面ガイドは、冷媒が通過自在であって、前記第1吐出口と前記第1排出流路との間に配置され、
前記第1吐出口から吐出された冷媒が、前記第1吐出口背面ガイドを経由しないで前記第1排出流路の前記第1吐出口側に形成された第1排出口へ向かう環状流路に沿って流れることによって、膨張形消音器が構成されることを特徴とする請求項1に記載の密閉形圧縮機。 - 前記第2マフラ空間は環状であって、前記第2マフラ空間を分断する第2吐出口背面ガイドが設置され、
該第2吐出口背面ガイドは、冷媒が通過自在であって、前記第2吐出口と前記第2排出流路との間に配置され、
前記第2吐出口から吐出された冷媒が、前記第2吐出口背面ガイドを経由しないで前記第2排出流路へ向かう環状流路に沿って流れることによって、膨張形消音器が構成されることを特徴とする請求項1に記載の密閉形圧縮機。 - 請求項1〜10の何れか1項に記載の密閉形圧縮機と、凝縮器と、減圧手段と、蒸発器と、これらを順次連結して冷媒を循環させる冷媒回路と、を有することを特徴とするヒートポンプ装置。
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