JP6625864B2 - ロータリ式圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、冷凍装置に用いられるロータリ式圧縮機に関する。
冷凍装置に用いられるロータリ式圧縮機は、図7に示すように、密閉容器1の内部に、円筒状の内壁面を有したシリンダ2と、シリンダ2の中心に対して偏心して設けられたピストンロータ3と、を備えている。ピストンロータ3は、シリンダ2の中心軸線に沿って設けられた主軸4に設けられている。主軸4は、シリンダ2に固定された上部軸受5A、下部軸受5Bを介してその中心軸線周りに回転自在に設けられている。主軸4には、モータ6のロータ6Aが固定されている。ロータ6Aの外周側には、密閉容器1の内周面に固定されたステータ6Bが配置され、ステータ6Bに通電されることによって、ロータ6Aとともに主軸4が回転駆動され、ピストンロータ3がシリンダ2の内部で旋回する。なお、図7のロータリ式圧縮機は、シリンダ2とピストンロータ3の対を上下に二つ備える2気筒タイプの圧縮機である。
ロータリ式圧縮機は、シリンダ2とピストンロータ3との間に形成された圧縮室に冷媒を吸い込み、ピストンロータ3の回転により圧縮室の容積を減少させることで冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、図示を省略する吐出口から上側のマフラ7A,下側のマフラ7Bに吐出された後に、密閉容器1に至る。また、このロータリ式圧縮機は、アキュムレータ8により冷媒を気液分離してから、冷媒を吸込んで圧縮する。
上側のマフラを内外の二層構造にすれば、二段階で行うことにより消音効果を上げることが知られている。その中で、特許文献1は、上側のカバー(マフラに相当)を内側の第一カバーと外側の第二カバーの二層構造とし、下側のカバーを第三カバーの一層構造とするが、第三カバーから吐出される冷媒を上側の第二カバーの内部(第一カバーの外部)に流入させる。そうすることにより、第一カバーと第三カバーが第二カバーを共用して、第一カバーから第二カバーに連なる流路による二段階の消音に加えて、第三カバーから第二カバーに連なる流路による二段階の消音を実現している。
特開2001−2802241号公報
シリンダとピストンロータからなるロータリ圧縮機構の圧縮動作に伴い発生する脈動が、冷媒の吐出流路を伝わっていく間に音響固有値や構造固有値を励起し、ロータリ式圧縮機の振動を誘発し騒音となる。
特許文献1を含めマフラを二層構造にすることにより、圧縮動作に伴う脈動を低減することはできるが、マフラ自身の音響固有値に基づく脈動を低減することはできず、この脈動はマフラから漏れてしまう。
そこで本発明は、マフラ自身の音響固有値に基づく脈動を二層構造のマフラを利用することで低減できるロータリ式圧縮機を提供することを目的とする。
本発明のロータリ式圧縮機は、供給された冷媒を圧縮して吐出するロータリ圧縮機構と、ロータリ圧縮機構を挟んで設けられる上部軸受及び下部軸受と、上部軸受及び下部軸受の各々に回転自在に支持され、ロータリ圧縮機構を貫通する主軸と、主軸をその中心軸線の周りに回転駆動させる電動モータと、ロータリ圧縮機構から吐出される冷媒が、上部軸受に設けられる吐出ポートを介して内部に流入するマフラと、が密閉容器に収容される。
本発明のロータリ式圧縮機のマフラは、内側に設けられる第一マフラと、第一マフラの外側にあって、第一マフラを覆う第二マフラと、を有し、第一マフラは、予め特定された周波数Fの音響固有値が励起され、第二マフラは、第一マフラを透過する周波数Fの音波を吸収する、ことを特徴とする。
本発明のロータリ式圧縮機において、第一マフラは、流入した冷媒を第二マフラの内部に吐出させる、複数の第一吐出口を備え、第二マフラは、第一吐出口を通って内部に流入した冷媒を密閉容器の内部に吐出させる、複数の第二吐出口を備え、複数の第二吐出口の相互の間隔は、複数の第一吐出口の相互の間隔の1/2を基準にして定めることができる。
本発明のロータリ式圧縮機において、第一マフラが、二つの第一吐出口を備え、第二マフラが、三つ以上の第二吐出口を備える、形態にすることができる。
本発明のロータリ式圧縮機において、第一マフラは、流入した冷媒を第二マフラの内部に吐出させる、単一の第一吐出口を備え、第二マフラは、第一吐出口を通って内部に流入した冷媒を密閉容器の内部に吐出させる、複数の第二吐出口を備え、複数の第二吐出口の相互の間隔は、第一吐出口と吐出ポートの相互の間隔の1/2を基準にして定めることができる。
本発明のロータリ式圧縮機において、単数又は複数の第一吐出口が設けられる位置と複数の第二吐出口が設けられる位置とが、第一マフラと第二マフラを平面視して、重複することなくずれている、ことが好ましい。
本発明のロータリ式圧縮機によれば、内側に設けられる第一マフラと、第一マフラの外側にあって、第一マフラを覆う第二マフラと、を有する二層構造のマフラを備え、第一マフラを、予め特定された周波数Fの音響固有値で励起されるものとし、第二マフラを、第一マフラを透過する周波数Fの音波を吸収するものとすることで、マフラ自身の音響固有値に基づく脈動を低減できる。
本発明の実施形態に係るロータリ式圧縮機の概略構成を示す縦断面図である。 図1の部分拡大図である。 図1のロータリ式圧縮機のマフラを示し、(a)は第一マフラの平面図であり、(b)は第二マフラの平面図である。 (a)は第一マフラの第一吐出口と第二マフラの第二吐出口の配置が示されたマフラを模式的に示す平面図、(b)は本実施形態による消音の原理を示す図である。 第一マフラの第一吐出口と第二マフラの第二吐出口の他の配置例を示す模式図である。 第一マフラの第一吐出口と第二マフラの第二吐出口の他の配置例を示す模式図である。 従来のロータリ式圧縮機の概略構成を示す縦断面図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る圧縮機10は、ロータリ式の圧縮機構を備え、後述する上部マフラ50を二層構造にするとともに、それぞれの階層における冷媒の吐出口の配置を特定することで、上部マフラ50自身の音響固有値に基づく脈動を抑える。
以下、圧縮機10の構成を説明し、次いで、圧縮機10の作用・効果について説明する。
[圧縮機10の構成]
圧縮機10は、図1に示すように、円筒状の密閉容器11の内部に、上下二段に設けられたディスク状のシリンダ20A,20Bが収容される、いわゆる2気筒タイプのロータリ圧縮機である。シリンダ20A,20Bの内部には、それぞれ、円筒状のシリンダ内壁面20Sが形成されている。シリンダ20A,20Bの内側には、各々、シリンダ内壁面20Sの内径よりも小さな外径を有する円筒状のピストンロータ21A,21Bが配置されている。ピストンロータ21A,21Bは、各々、密閉容器11の中心軸線に沿った主軸23の偏心軸部40A,40Bに挿入固定されている。これにより、シリンダ20A,20Bのシリンダ内壁面20Sとピストンロータ21A,21Bの外周面との間には、それぞれ三日月状の開口断面を有する空間が形成されている。
ここで、上段側のピストンロータ21Aと、下段側のピストンロータ21Bとは、その位相が互いに180°だけ異なるように設けられている。
また、上段側のシリンダ20Aと下段側のシリンダ20Bの間には、ディスク状の仕切板24が設けられている。仕切板24により、上段側のシリンダ20Aの空間と、下段側のシリンダ20Bの空間Rとが互いに連通せずに圧縮室R1と圧縮室R2とに仕切られている。
上下のシリンダ20A,20Bには、圧縮室R1、R2を、それぞれ2つに区切るブレード(図示省略)が設けられている。ブレードは、シリンダ20A,20Bの径方向に延在して形成された挿入溝に、ピストンロータ21A,21Bに対して接近方向及び離間する方向に進退自在に保持されている。
また、シリンダ20A,20Bは、所定の位置に、冷媒を吐出する吐出口(図示省略)が形成されており、この吐出口にはリード弁(図示省略)が備えられている。圧縮された冷媒の圧力が所定値に達すると、リード弁を押し開くことで、冷媒はシリンダ20A,20Bの外部に吐出される。
主軸23は、シリンダ20Aに固定された上部軸受29A、及び、シリンダ20Bに固定された下部軸受29Bにより、その中心軸線の周りに回転自在に支持されている。上部軸受29A及び下部軸受29Bは、ロータリ圧縮機構を挟んで設けられている。
主軸23は、主軸23の中心軸線から直交する方向にオフセットした偏心軸部40A,40Bを備えている。偏心軸部40A,40Bは、ピストンロータ21A,21Bの内径よりもわずかに小さな外径を有している。これにより、主軸23が回転すると、偏心軸部40A,40Bが主軸23の中心軸線周りに旋回し、上下のピストンロータ21A,21Bがシリンダ20A,20B内で転動する。このとき、前述したブレードは、その先端がピストンロータ21A,21Bの動きに追従して進退しながら、ピストンロータ21A,21Bに常に押し付けられる。
主軸23は、上部軸受29Aから上方に突出して延びており、突出した部分には、主軸23を回転駆動させるための電動モータ36のロータ37が一体に設けられている。ロータ37の外周部に対向するステータ38が、密閉容器11の内周面に固定して設けられている。
上部軸受29Aは、図1及び図2に示すように、基部291Aと、基部291Aから垂直に立ち上るスリーブ292Aとを備えている。基部291Aとスリーブ292Aは軸心が一致するように形成され、その軸心の周囲には主軸23を支持される受面293Aが形成されている。上部軸受29Aは、基部291Aの外周面が密閉容器11の内周面と、複数箇所の固定点で固定されている。固定は、例えば溶接、ボルトによる締結などで行われる。
下部軸受29Bは、基部291Bと、基部291Bから垂直に立ち上るスリーブ292Bとを備えている。基部291Bとスリーブ292Bは軸心が一致するように形成され、その軸心の周囲には主軸23が支持される受面293Bが形成されている。
上部軸受29Aと下部軸受29Bは、互いの基部291Aと基部291Bが対向するように配置され、上部軸受29Aは主軸23をシリンダ20Aと電動モータ36の間で支持し、下部軸受29Bは主軸23をシリンダ20Bから下方に向けて突出する部分で支持する。
上部軸受29Aは、シリンダ20Aに形成された吐出口と連通する吐出ポート294A(図3(a)参照)を備えており、シリンダ20Aを通過する冷媒がこの吐出ポート294Aを通って後述する上部マフラ50の内部に吐出される。同様に、下部軸受29Bは、シリンダ20Bに形成された吐出口と連通する吐出ポート(図示省略)を備えており、シリンダ20Bを通過する冷媒がこの吐出ポートを通って下部マフラ60の内部に吐出される。
圧縮機10は、上部軸受29Aに上部マフラ50を装着するとともに、下部軸受29Bに下部マフラ60を装着している。上部軸受29A、下部軸受29Bを通ってきた冷媒は、各々、上部マフラ50、下部マフラ60の内部に流入すると、脈動成分が除去される。脈動成分が除去された冷媒は、上部マフラ50、下部マフラ60に形成された吐出口を通って、密閉容器11の上方に向けと流入する。上部マフラ50について、詳しくは後述する。
密閉容器11の側方には、シリンダ20A,20Bの外周面に対向する位置に、開口12A,12Bが形成されている。シリンダ20A,20Bには、開口12A,12Bに対向した位置に、シリンダ内壁面20Sの所定位置まで連通する吸入ポート30A,30Bが形成されている。
圧縮機10は、圧縮機10に供給するのに先立って冷媒を気液分離するアキュムレータ14が、ステー15を介して密閉容器11に固定されている。
アキュムレータ14には、アキュムレータ14内の冷媒を圧縮機10に吸入させるための吸入管16A、16Bが設けられている。吸入管16A、16Bの先端部は、開口12A,12Bを貫通して、吸入ポート30A,30Bに接続されている。
圧縮機10は、アキュムレータ14の吸入ポート14aからアキュムレータ14の内部に冷媒を取り込み、アキュムレータ14内で冷媒を気液分離して、その気相を吸入管16A、16Bから、シリンダ20A,20Bの吸入ポート30A,30Bを介し、シリンダ20A,20Bの内部空間である圧縮室R1、R2に供給する。
そして、ピストンロータ21A,21Bが偏心転動することにより、圧縮室R1、R2の容積が徐々に減少して冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒は、シリンダ20Aの側については、上部軸受29A及び上部マフラ50を通過して、また、シリンダ20Bの側については、下部軸受29B及び下部マフラ60を通過して、密閉容器11の内部(上部マフラ50及び下部マフラ60の外部)に吐出される。この冷媒は、電動モータ36を通過してから、上部に設けられた吐出ポート42を経由して冷凍サイクルを構成する配管に排出される。
次に、本実施形態の特徴である上部マフラ50について説明する。
上部マフラ50は、図2及び図3に示すように、内側に設けられる第一マフラ50Aと、第一マフラ50Aの外側にあって第一マフラ50Aを覆う第二マフラ50Bと、からなる二層構造を有しており、いずれも上部軸受29AにボルトBにより固定されている。
第一マフラ50Aは、図2及び図3に示すように、フランジ51Aと、フランジ51Aから立ち上がるカップ52Aと、を備えている。第一マフラ50Aは、偏平な金属板、例えばアルミニウム合金板に板金加工を施すことで、フランジ51A及びカップ52Aが一体的に形成されている。
フランジ51Aは、上部マフラ50を上部軸受29Aに固定するのに供される部分であり、外形が円形をなす偏平な部材である。フランジ51Aは、上部軸受29Aの上面に隙間なく突き合わせられるとともに、フランジ51Aを貫通するボルトBにより上部軸受29Aに複数個所、本実施形態では5カ所で固定される。なお、フランジ51AのボルトBが固定される部位は、カップ52Aの側壁54Aが径方向の中心に向けて窪んでいる絞り59Aに設けられる。
カップ52Aは、中空円筒状の側壁54Aと、側壁54Aの上端の開口を覆う天板55Aと、を備える。天板55Aは、外周と内周を有するリング状の形態をなしており、外周側が側壁54Aと繋がっているとともに、内周側が上部軸受29Aのスリーブ292Aと突き合わされている。
第二マフラ50Bも基本的な構成は第一マフラ50Aと同じであるので、第一マフラ50Aの各要素と同じ符号(ただし、Aの代わりにB)を図1〜図3に付して、その説明を省略する。
上部マフラ50は、上部軸受29Aに設けられた吐出ポート294A,294B(図3(a))から吐出される圧縮冷媒が、第一マフラ50A、第二マフラ50Bの順に通過する冷媒径路を通って、密閉容器11の内部に吐出される。吐出ポート294Bは、一旦は下部マフラ60に吐出された圧縮冷媒が、下部軸受29Bを通り、さらに上部軸受29Aを通って第一マフラ50Aに吐出させるためのものである。
この冷媒径路を形成するために、図3に示すように、第一マフラ50Aは、天板55Aの表裏を貫通して形成される二つの第一吐出口56A1,56A2を有し、第二マフラ50Bは、天板55Bの表裏を貫通して形成される三つの第二吐出口56B1,56B2,56B3を有している。つまり、圧縮冷媒は、上部軸受29Aの吐出ポート294A,294B、第一マフラ50Aの内部空間、第一マフラ50Aの第一吐出口56A1,56A2、第二マフラ50Bと第一マフラ50Aの間の空間及び第二マフラ50Bの第二吐出口56B1,56B2,56B3の順に通過する。なお、第一吐出口56A1,56A2と第二吐出口56B1,56B2,56B3は、第一マフラ50Aと第二マフラ50Bを平面視して、重複することなくずれて形成されており、例えば第一吐出口56A1から直接的に第二吐出口56B1を通過することを回避している。
第一マフラ50Aの第一吐出口56A1,56A2及び第二マフラ50Bの第二吐出口56B1,56B2,56B3は、以下のようにしてその位置が特定されている。
第一マフラ50Aは、第一マフラ50Aで消音したい周波数Fの音響固有値が最も強く励起されるように第一吐出口56A1,56A2の位置が特定される。具体的には、図4(a)に示すように、第一吐出口56A1と吐出口56A2の円周方向に沿う相互の間隔L1により、音響固有値が特定される。この第一吐出口56A1,56A2の配置を採用することにより、第一マフラ50Aにおいて、消音したい周波数Fで積極的に膨張収縮させ、脈動エネルギを熱エネルギに変換して脈動を抑えることができる。なお、第一吐出口56A1と吐出口56A2の円周方向に沿う相互の間隔は、二通りあり得るが、ここでいう間隔L1は、吐出ポート294A,294Bが設けられていない側を通る方とする。なお、本実施形態では、間隔L1を吐出ポート294A,294Bが設けられていない側を通る方としているが、吐出ポート294Aと吐出ポート294Bの間隔によっては、吐出ポート294A,294Bが設けられている側を通る方を間隔L1とすることもできる。
第二マフラ50Bは、第一マフラ50Aを透過する周波数Fの音波を吸収し、第二マフラ50Bの外部に脈動が透過するのを抑える。そのために、第二マフラ50Bの第二吐出口56B1,56B2,56B3の配置は、第一吐出口56A1,56A2を含めて、隣接する吐出口の間隔L2が、第一吐出口56A1,56A2の間隔L1の1/2になるように設定される。図4(a)において、例えば、第二吐出口56B1と吐出口56B3の間隔L2が1/2L1、吐出口56B3と吐出口56A2の間隔L2が1/2L1、第二吐出口56B2と第一吐出口56A1の間隔L2が1/2L1という具合である。これにより、第二マフラ50Bは、第一マフラ50Aで共鳴する音波の1/2の波長で共鳴するため、第一マフラ50Aを透過した音波を吸収することができる。
なお、以上のことを図4(b)に模式的に示している。また、ここでいう間隔L2が1/2L1というのは最も好ましい形態であるが、間隔L2が1/2L2よりも少々ずれていても本発明の効果を享受することができる。つまり、本発明は、間隔L2を1/2L1を基準にして定めることができる。
[圧縮機10の作用・効果]
本実施形態に係る圧縮機10の作用・効果について説明する。
圧縮機10は、上部マフラ50を第一マフラ50Aと第二マフラ50Bの二層構造にし、第一マフラ50Aで消音したい周波数Fを特定できるので、狙った周波数の脈動を確実に低減できる。
ロータリ式圧縮機では、圧縮室から吐出された直後の冷媒による脈動は、圧縮室の寸法で定まる周波数成分が強く、本実施形態によりこの周波数の脈動さえ低減できれば、脈動に起因する騒音の問題をほぼ解決できる。特に、本実施形態は、第一吐出口56A1,56A2の相互の間隔L1及び第二吐出口56B1,56B2,56B3の相互の間隔L2を調整すれば足りるので、低コストで脈動を低減できる。
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
以上の実施形態では、第一マフラ50Aの二つの第一吐出口56A1,56A2を設ける例を示したが、図5(a)に示すように、第一マフラ50Aに単一の第一吐出口56A1を設ける場合にも本発明を適用することができる。この場合には、図5(a)に示す吐出ポート294Aと第一吐出口56A1の間隔L1又は間隔L3に基づいて、図5(b)に示すように第二吐出口56B1,56B2,56B3の間隔を定める。
なお、前述した実施形態では、吐出ポート294Aを間隔L1(間隔L2)の特定に考慮しなかったが、これは吐出ポート294Aと第一吐出口56A1の間隔が極めて狭く、対応する周波数が高く、消音の対象とする必要がないと判断したためである。
また、図6(a),(b)に示すように、第一マフラ50Aに三つ以上の第一吐出口56A1,56A2,56A3が設けられる場合にも、本発明を適用することができる。この場合には、第二マフラ50Bには第二吐出口56B1,56B2,56B3が設けられる。
また、以上の実施形態は、2気筒タイプのロータリ式圧縮機の上部マフラ50を例にしたが、1気筒タイプのロータリ式圧縮機のマフラに本発明を適用することもできる。
10 圧縮機
11 密閉容器
12A,12B 開口
14 アキュムレータ
14a 吸入ポート
15 ステー
16A 吸入管
20A,20B シリンダ
20S シリンダ内壁面
21A,21B ピストンロータ
23 主軸
24 仕切板
29A 上部軸受
29B 下部軸受
291A,291B 基部
292A,292B スリーブ
293A,293B 受面
294A,294B 吐出ポート
30A,30B 吸入ポート
36 電動モータ
37 ロータ
38 ステータ
40A,40B 偏心軸部
42 吐出ポート
50 上部マフラ
50A 第一マフラ
50B 第二マフラ
51A,51B フランジ
52A,52B カップ
54A,54B 側壁
55A,55B 天板
56A1,56A2,56A3 第一吐出口
56B1,56B2,56B3 第二吐出口
60 下部マフラ
R1,R2 圧縮室

Claims (4)

  1. 供給された冷媒を圧縮して吐出するロータリ圧縮機構と、
    前記ロータリ圧縮機構を挟んで設けられる上部軸受及び下部軸受と、
    前記上部軸受及び前記下部軸受の各々に回転自在に支持され、前記ロータリ圧縮機構を貫通する主軸と、
    前記主軸をその中心軸線の周りに回転駆動させる電動モータと、
    前記ロータリ圧縮機構から吐出される前記冷媒が、前記上部軸受に設けられる吐出ポートを介して内部に流入するマフラと、が密閉容器に収容されるロータリ式圧縮機であって、
    前記マフラは、
    内側に設けられる第一マフラと、前記第一マフラの外側にあって、前記第一マフラを覆う第二マフラと、を有し、
    前記第一マフラは、予め特定された周波数Fの音響固有値が励起され、
    前記第二マフラは、前記第一マフラを透過する周波数Fの音波を吸収し、
    前記第一マフラは、
    流入した前記冷媒を前記第二マフラの内部に吐出させる複数の第一吐出口を備え、複数の前記第一吐出口の間隔を特定することにより予め特定された周波数Fの前記音響固有値が励起され、
    前記第二マフラは、
    前記第一吐出口を通って内部に流入した前記冷媒を前記密閉容器の内部に吐出させる、複数の第二吐出口を備え、
    複数の前記第一吐出口および複数の前記第二吐出口の相互の間隔が、複数の前記第一吐出口の相互の間隔の1/2を基準にして定められることにより、前記第一マフラを透過する周波数Fの音波を吸収する
    ことを特徴とするロータリ式圧縮機。
  2. 前記第一マフラが、二つの前記第一吐出口を備え、
    前記第二マフラが、三つ以上の前記第二吐出口を備える、
    請求項に記載のロータリ式圧縮機。
  3. 供給された冷媒を圧縮して吐出するロータリ圧縮機構と、
    前記ロータリ圧縮機構を挟んで設けられる上部軸受及び下部軸受と、
    前記上部軸受及び前記下部軸受の各々に回転自在に支持され、前記ロータリ圧縮機構を貫通する主軸と、
    前記主軸をその中心軸線の周りに回転駆動させる電動モータと、
    前記ロータリ圧縮機構から吐出される前記冷媒が、前記上部軸受に設けられる吐出ポートを介して内部に流入するマフラと、が密閉容器に収容されるロータリ式圧縮機であって、
    前記マフラは、
    内側に設けられる第一マフラと、前記第一マフラの外側にあって、前記第一マフラを覆う第二マフラと、を有し、
    前記第一マフラは、予め特定された周波数Fの音響固有値が励起され、
    前記第二マフラは、前記第一マフラを透過する周波数Fの音波を吸収し、
    前記第一マフラは、
    流入した前記冷媒を前記第二マフラの内部に吐出させる単一の第一吐出口を備え、前記第一吐出口と前記吐出ポートの間隔を特定することにより予め特定された周波数Fの前記音響固有値が励起され、
    前記第二マフラは、
    前記第一吐出口を通って内部に流入した前記冷媒を前記密閉容器の内部に吐出させる、複数の第二吐出口を備え、
    前記第一吐出口、複数の前記第二吐出口および前記吐出ポートの相互の間隔が、前記第一吐出口と前記吐出ポートの相互の間隔の1/2を基準にして定められることにより、前記第一マフラを透過する周波数Fの音波を吸収する
    ことを特徴とするロータリ式圧縮機。
  4. 単数又は複数の前記第一吐出口が設けられる位置と複数の前記第二吐出口が設けられる位置とが、前記第一マフラと前記第二マフラを平面視して、重複することなくずれている、
    請求項〜請求項のいずれか一項に記載のロータリ式圧縮機。
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