JP6037563B2 - 多気筒回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、多気筒回転式圧縮機及びこの多気筒回転式圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関する。

空調機器等の冷凍サイクル装置において使用される多気筒回転式圧縮機としては、下記特許文献１に記載されたように、電動機部と二つの圧縮機構部とを密閉ケース内に収容した圧縮機本体と、液冷媒を分離してガス冷媒のみを圧縮機構部に供給するために圧縮機本体の横に設置されたアキュムレータとを備え、アキュムレータと各圧縮機構部とをそれぞれ吸入管で接続したものが知られている。

特許文献１に記載された多気筒回転式圧縮機では、一方の吸入管の中途部に空間ボリュームを設けることにより各吸入管における共鳴周波数を調整し、過給のピークを移動させて体積効率の向上を図っている。

特許第４５０４６６７号公報

しかしながら、このような多気筒回転式圧縮機においては、空間ボリュームがアキュムレータの外部に位置しており、空間ボリュームの外部には大気圧が作用し、空間ボリュームの内部には圧縮機構部に供給される低圧のガス冷媒の圧力が作用する。このため、空間ボリュームには、外部と内部との圧力差やガス冷媒の圧力変動に耐えうる強度が必要となり、製造コストがアップしている。

本発明の実施形態の目的は、体積効率の向上を図るとともにアキュムレータの容量を確保することができる多気筒回転式圧縮機及びこの多気筒回転式圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供することである。

実施形態の多気筒回転式圧縮機は、密閉ケース内に、上下方向の軸心を有する回転軸と、この回転軸の上端側に連結された電動機部と、回転軸の下端側に連結されて上下に位置する上部圧縮機構部及び下部圧縮機構部とを収容した圧縮機本体と、圧縮機本体の横に設置されるアキュムレータと、アキュムレータの底部を貫通して設けられ、一端がアキュムレータ内の上方で開口し、他端が上部圧縮機構部と下部圧縮機構部とに１対１で接続される上部吸入管及び下部吸入管と、を有し、下部圧縮機構部に接続される下部吸入管におけるアキュムレータ内に位置する端部に空間ボリュームが設けられ、空間ボリュームは、下部吸入管とは別部材により形成され、下部吸入管より肉厚が薄いことを特徴とする。

第１の実施形態における、断面で示した多気筒回転式圧縮機を含む冷凍サイクル装置の構成図である。 第１の実施形態の多気筒回転式圧縮機における運転周波数と体積効率との関係を示す関係図である。 ２つの吸入管の長さが異なる比較例の多気筒回転式圧縮機における運転周波数と体積効率との関係を示す関係図である。 第２の実施形態における、断面で示した多気筒回転式圧縮機を含む冷凍サイクル装置の構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について、図１ないし図３に基づいて説明する。図１は冷凍サイクル装置１を示しており、この冷凍サイクル装置１は、圧縮機本体２とこの圧縮機本体２の横に設置されるアキュムレータ３とを有する多気筒回転式圧縮機４と、圧縮機本体２の吐出側に接続された凝縮器５と、凝縮器５に接続された膨張装置６と、膨張装置６とアキュムレータ３との間に接続された蒸発器７とを有している。この冷凍サイクル装置１内には作動流体である冷媒が循環し、冷媒からの放熱、冷媒への吸熱が繰り返される。

圧縮機本体２は、円筒状に形成された密閉ケース８を有し、密閉ケース８内には、上下方向の軸心を有してその軸心回りに回転可能な回転軸９と、この回転軸９の上端側に連結された電動機部１０と、回転軸９の下端側に連結された二つの圧縮機構部(上側に位置す
る上部圧縮機構部１１、下側に位置する下部圧縮機構部１２)とが収容されている。密閉
ケース８内の底部には、潤滑油１３が貯留されている。

アキュムレータ３は、円筒状の密閉ケース１４を有し、冷凍サイクル装置１内を冷媒が循環する場合、冷媒中に含まれる液冷媒を分離し、ガス冷媒のみを後述する二つの吸入管を介して上部・下部圧縮機構部１１、１２に供給する。

凝縮器５は、圧縮機本体２から吐出された高圧のガス冷媒を凝縮し、液冷媒とする。

膨張装置６は、凝縮器５で凝縮された液冷媒を減圧する。

蒸発器７は、膨張装置６で減圧された液冷媒を蒸発させる。

回転軸９は、上下方向の軸心を有し、主軸受１５と副軸受１６とに支持されてその軸心回りに回転可能に設けられている。回転軸９における主軸受１５と副軸受１６との間の部分には、上部圧縮機構部１１の一部を構成する円柱状の上部偏心部１７ａと、下部圧縮機構部１２の一部を構成する円柱状の下部偏心部１７ｂとが設けられている。これらの上部・下部偏心部１７ａ、１７ｂは、１８０°の位相差をもって同一直径に形成されている。

電動機部１０は、回転軸９に固定されて回転軸９と一体に回転する回転子１８と、密閉ケース８の内側に固定されて回転子１８を囲む位置に配置された固定子１９とを有している。回転子１８には永久磁石（図示せず）が設けられ、固定子１９には通電用のコイル（図示せず）が巻かれている。

上部圧縮機構部１１は、内部に上部シリンダ室２０ａを有する上部シリンダ２１ａを有し、上部シリンダ室２０ａの上方端面は主軸受１５により閉止され、上部シリンダ室２０ａの下方端面は仕切板２２により閉止されている。仕切板２２は、上部圧縮機構部１１と下部圧縮機構部１２とを仕切るために設けられている板状の部材である。上部シリンダ室２０ａ内には回転軸９の上部偏心部１７ａが位置しており、この上部偏心部１７ａには上部ローラ２３ａが嵌合されている。上部ローラ２３ａは、回転軸９の回転時にその外周面を上部シリンダ２１ａの内周面に線接触させながら上部シリンダ室２０ａ内で偏心回転するように配置されている。上部シリンダ２１ａには、先端部を上部ローラ２３ａの外周面
に当接させ、回転軸９の回転に伴って上部シリンダ室２０ａ内を容積と圧力とが経時変化する二つの空間に仕切るブレード（図示せず）が出没可能に収容されている。この上部圧縮機構部１１においては、回転軸９の回転に伴い、低圧のガス冷媒が上部シリンダ室２０ａ内に吸入されて加圧され、加圧されて高圧になったガス冷媒は密閉ケース８内に吐出される。

下部圧縮機構部１２は、内部に下部シリンダ室２０ｂを有する下部シリンダ２１ｂを有し、下部シリンダ室２０ｂの上方端面は仕切板２２により閉止され、下部シリンダ室２０ｂの下方端面は副軸受１６により閉止されている。下部シリンダ室２０ｂ内には回転軸９の下部偏心部１７ｂが位置しており、この下部偏心部１７ｂには下部ローラ２３ｂが嵌合されている。下部ローラ２３ｂは、回転軸９の回転時にその外周面を下部シリンダ２１ｂの内周面に線接触させながら下部シリンダ室２０ｂ内で偏心回転するように配置されている。下部シリンダ２１ｂには、先端部を下部ローラ２３ｂの外周面に当接させ、回転軸９の回転に伴って下部シリンダ室２０ｂ内を容積と圧力とが経時変化する二つの空間に仕切るブレード（図示せず）が出没可能に収容されている。この下部圧縮機構部１２においては、回転軸９の回転に伴い、低圧のガス冷媒が下部シリンダ室２０ｂ内に吸入されて加圧され、加圧されて高圧になったガス冷媒は密閉ケース８内に吐出される。

ここで、アキュムレータ３から上部・下部圧縮機構部１１、１２にガス冷媒を供給する機構について説明する。アキュムレータ３と圧縮機本体２との間には、二つの吸入管(上
部吸入管２４ａ、下部吸入管２４ｂ)が設けられ、アキュムレータ３内のガス冷媒が上部
吸入管２４ａ内を通って上部圧縮機構部１１に供給され、アキュムレータ３内のガス冷媒が下部吸入管２４ｂ内を通って下部圧縮機構部１２に供給される。

これらの上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂは、アキュムレータ３の密閉ケース１４の底部を貫通して設けられており、上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂの一端はアキュムレータ３内の上方で開口している。また、上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂのアキュムレータ３内に位置する一端側は、アキュムレータ３内に取付けられた板状の支持部材２５により支持されている。

アキュムレータ３内に位置する下部吸入管２４ｂの端部には、空間ボリューム２６が取付けられている。この空間ボリューム２６は、下部吸入管２４ｂとは別部材により形成され、下部吸入管２４ｂより太径に膨らんだ形状であって、かつ、下部吸入管２４ｂの共鳴周波数に影響を与えない容積をもって形成されている。また、空間ボリューム２６の肉厚は“ｔ１”であり、下部吸入管２４ｂの肉厚“ｔ２”より薄く形成されている。また、空間ボリューム２６の上端側開口部２７と上部吸入管２４ａの上端側開口部２８とは、略同じ高さ位置とされている。

上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂにおけるアキュムレータ３の底部の下側に位置する部分は、圧縮機本体２側に向けて直角に屈曲されて密閉ケース８の側面を貫通し、上部吸入管２４ａの他端が上部圧縮機構部１１に接続され、下部吸入管２４ｂの他端が下部圧縮機構部１２に接続されている。すなわち、二つの上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂは、二つの上部・下部圧縮機構部１１、１２に１対１で接続されている。

上部吸入管２４ａの流路長さを“Ｌ１”とし、下部吸入管２４ｂの流路長さを“Ｌ２”とし、これらの流路長さを比較すると、アキュムレータ３の底部を貫通してアキュムレータ３の下側に位置する部分は上部吸入管２４ａが下部吸入管２４ｂより短く、一方、アキュムレータ３内においては上部吸入管２４ａが下部吸入管２４ｂより長く、上部吸入管２４ａの流路長さ“Ｌ１”と下部吸入管２４ｂの流路長さ“Ｌ２”とが略同じ長さとされている。

ここで、上述した構造の回転式圧縮機では、ガス冷媒をアキュムレータから圧縮機構部に吸入する吸入管の共鳴周波数ｆ[Ｈｚ]と運転周波数とを一致させ、過給効果を利用することによりシリンダ室に吸入されるガス冷媒の体積効率を向上させることができる。このときの吸入管の共鳴周波数ｆ[Ｈｚ]は、
ｆ＝(２ｍ−１)Ｃ／４(Ｌ＋Ｖ/Ａ) と表わすことができる。
但し、ｍ＝１，２，３，……
また、Ｃ：冷媒の音速（ｍ／ｓ）
Ｌ：吸入管の長さ（ｍ）
Ｖ：排除容積（ｍ^３）
Ａ：吸入管の断面積（ｍ^２） である。

このような構成において、この多気筒回転式圧縮機４においては、電動機部１０に通電することにより回転軸９が軸心回りに回転し、回転軸９の回転と共に上部・下部ローラ２３ａ、２３ｂが上部・下部シリンダ室２０ａ、２０ｂ内で偏心回転し、上部・下部圧縮機構部１１、１２が駆動される。

上部・下部圧縮機構部１１、１２が駆動された場合には、上部・下部ローラ２３ａ、２３ｂの偏心回転に伴って上部・下部シリンダ室２０ａ、２０ｂ内の二つの空間の容積と圧力とが変化する。そして、この空間内の容積と圧力との変化により、アキュムレータ３内から低圧のガス冷媒が上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂ内を通って上部・下部シリンダ室２０ａ、２０ｂ内に吸入され、吸入された低圧のガス冷媒は圧縮されて高圧のガス冷媒となる。

高圧となったガス冷媒は、圧縮機本体２の密閉ケース８内に吐出され、密閉ケース８内の高圧のガス冷媒が凝縮器５、膨張装置６、蒸発器７、アキュムレータ３を循環し、低圧のガス冷媒となって再びアキュムレータ３から上部・下部シリンダ室２０ａ、２０ｂ内に吸入される。

ここで、上部吸入管２４ａの流路長さ“Ｌ１”と下部吸入管２４ｂの流路長さ“Ｌ２”とが略同じとされているため、上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂはその流路長さに応じた共鳴周波数が近接し、図２の関係図に示すように、上部・下部圧縮機構部１１、１２において体積効率が最大となる運転周波数の値が接近する。そこで、その接近した値の運転周波数で多気筒回転式圧縮機４を運転することにより、圧縮機構部全体での体積効率を向上させることができる。しかも、アキュムレータ３内の下部吸入管２４ｂの端部に空間ボリューム２６が取付けられ、空間ボリューム２６の上端側開口部２７とアキュムレータ３内の上部吸入管２４ａの上端側開口部２８との高さ位置が略同じであるため、アキュムレータ３を大型化することなくアキュムレータ３内の液冷媒貯留容量を確保することができる。

これにより、圧縮機本体２やアキュムレータ３を大型化することなく圧縮能力の高い多気筒回転式圧縮機４を提供することができる。

一方、図３は、二つの圧縮機構部にガス冷媒を吸入する二つの吸入管の流路長さが異なる比較例の多気筒回転式圧縮機における運転周波数と体積効率との関係を示した関係図である。図３に示した関係図によれば、二つの吸入管はその長さに応じて共鳴周波数が異なるため、二つの圧縮機構部において体積効率が最大となる運転周波数の値が異なる。したがって、二つの圧縮機構部の体積効率をともに最大とする運転周波数で多気筒回転式圧縮機を運転することはできず、圧縮機構部全体での体積効率の向上は抑制されている。

空間ボリューム２６は、下部吸入管２４ｂとは別部材により形成されて下部吸入管２４ｂの端部に取付けられているため、空間ボリューム２６の設計自由度が高くなり、空間ボリューム２６の製造が容易になるとともに製造コストを下げることができる。

また、空間ボリューム２６はアキュムレータ３内に配置されているため、空間ボリューム２６の外部と内部とに作用する圧力は等しく、空間ボリューム２６の肉厚“ｔ１”を下部吸入管“ｔ２”の肉厚より薄くしても強度上の問題はなく、空間ボリューム２６の肉厚を薄くすることにより空間ボリューム２６の製造コストをより一層下げることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について、図４に基づいて説明する。なお、第１の実施形態で説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。

第２の実施形態の多気筒回転式圧縮機４Ａの基本的な構成は第１の実施形態の多気筒回転式圧縮機４と同じであり、第２の実施形態の多気筒回転式圧縮機４Ａが第１の実施形態の多気筒回転式圧縮機４と異なる点は、アキュムレータ３内に位置する下部吸入管２４ｂの端部に取付けられた空間ボリューム３１の構成である。

この空間ボリューム３１は、支持部材２５とこの支持部材２５に固定された筐体３２とにより形成されている。即ち、空間ボリューム３１は、下部吸入管２４ｂを支持する支持部材２５を一部に用いて形成されている。空間ボリューム３１は、下部吸入管２４ｂより太径に膨らんだ形状であって、かつ、下部吸入管２４ｂの共鳴周波数に影響を与えない容積をもって形成されている。また、筐体３２の肉厚は“ｔ１”であり、下部吸入管２４ｂの肉厚“ｔ２”より薄く形成されている。また、空間ボリューム３１の上端側開口部２７と上部吸入管２４ａの上端側開口部２８とは、略同じ高さ位置とされている。

このような構成において、この多気筒回転式圧縮機４Ａにおいては、上部吸入管２４ａの流路長さ“Ｌ１”と下部吸入管２４ｂの流路長さ“Ｌ２”とが略同じとされているため、図２の関係図に示すように、圧縮機構部全体での体積効率を向上させることができる。しかも、アキュムレータ３内の下部吸入管２４ｂの端部に空間ボリューム３１が取付けられ、空間ボリューム３１の上端側開口部２７とアキュムレータ３内の上部吸入管２４ａの上端側開口部２８との高さ位置が略同じであるため、アキュムレータ３を大型化することなくアキュムレータ３内の液冷媒貯留容量を確保することができる。

これにより、圧縮機本体２やアキュムレータ３を大型化することなく圧縮能力の高い多気筒回転式圧縮機４Ａを提供することができる。

空間ボリューム３１は、支持部材２５を一部に用いて形成されているため、空間ボリューム３１の容積を大きくとることが可能となる。そして、空間ボリューム３１の容積を大きくとることにより、下部吸入管２４ｂの共鳴周波数に対する影響をより少なくすることができる。これにより、上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂの共鳴周波数をより近接させることでき、その接近した値の運転周波数で多気筒回転式圧縮機４Ａを運転することにより、圧縮機構部全体での体積効率を向上させることができ、圧縮機本体２やアキュムレータ３を大型化することなく圧縮能力の高い多気筒回転式圧縮機４Ａを提供することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、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同様に、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ものである。

１…冷凍サイクル装置、２…圧縮機本体、３…アキュムレータ、４…多気筒回転式圧縮機、４Ａ…多気筒回転式圧縮機、５…凝縮器、６…膨張装置、７…蒸発器、８…密閉ケース、９…回転軸、１０…電動機部、１１…上部圧縮機構部、１２…下部圧縮機構部、２４ａ…上部吸入管、２４ｂ…下部吸入管、２５…支持部材、２６…空間ボリューム、２７…空間ボリュームの上端側開口部、２８…上部吸入管の上端側開口部、３１…空間ボリューム

Claims (3)

1. 密閉ケース内に、上下方向の軸心を有する回転軸と、この回転軸の上端側に連結された電動機部と、前記回転軸の下端側に連結されて上下に位置する上部圧縮機構部及び下部圧縮機構部とを収容した圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体の横に設置されるアキュムレータと、
   前記アキュムレータの底部を貫通して設けられ、一端が前記アキュムレータ内の上方で開口し、他端が前記上部圧縮機構部と前記下部圧縮機構部とに１対１で接続される上部吸入管及び下部吸入管と、
   を有し、
   前記下部圧縮機構部に接続される前記下部吸入管における前記アキュムレータ内に位置する端部に空間ボリュームが設けられ、
   前記空間ボリュームは、前記下部吸入管とは別部材により形成され、前記下部吸入管より肉厚が薄いことを特徴とする多気筒回転式圧縮機。
2. 前記空間ボリュームは、前記アキュムレータ内で前記下部吸入管を支持する支持部材を少なくとも一部に用いて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多気筒回転式圧縮機。
3. 請求項１及び２のいずれか一項に記載の多気筒回転式圧縮機と、前記多気筒回転式圧縮機に接続される凝縮器と、前記凝縮器に接続される膨張装置と、前記膨張装置と前記多気筒回転式圧縮機との間に接続される蒸発器とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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