JP6645845B2 - 複数の配管を有するアキュムレータおよび圧縮機 - Google Patents
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Description
ツインロータリー圧縮機に用いられるアキュムレータは、冷媒を気液分離させる容器と、容器内のガス冷媒を圧縮機に導入する2つの配管とを備えている。
特許文献1では、容器内における上下方向の中間部に、2つの配管を容器の内壁に固定するステーが設置されている。
アキュムレータから放射される騒音を低減するため、圧縮機により加振された配管の振動を抑制したい。そのために、振幅が大きい自由端側で配管を容器に固定することが考えられる。特許文献1でも、容器内で2本の配管の自由端側がステーにより容器の内壁に固定されている。
しかし、容器内で配管が容器の内壁に固定されていると、ステー等の固定部材により配管が拘束されているとはいえ、配管の振動が固定部材により容器に直接的に入力されてしまい、容器が加振されるので、アキュムレータ全体として、十分な振動抑制効果が望めない。
拘束部はアキュムレータの容器から離れているため、容器内における配管の振動が拘束部により容器に直接的に入力されない。
したがって、容器内の配管の振動により容器が加振されるのを避け、容器を含めたアキュムレータ全体が振動するのを防ぐことができる。
〔第1実施形態〕
図1に示す第1実施形態の圧縮機10は、ロータリー式の圧縮機構11と、圧縮機構11を駆動するモータ12と、圧縮機構11およびモータ12を収容する円筒状のハウジング13と、アキュムレータ20(気液分離器)とを備えている。
圧縮機10およびアキュムレータ20は、空気調和機や冷凍装置等を構成しており、冷媒が循環する図示しない冷媒回路に接続されている。
所謂ツインロータリー式である圧縮機構11は、上部圧縮機構110と、下部圧縮機構120と、セパレータプレート11Aと、クランクシャフト14を回転可能に支持する上部軸受11Bおよび下部軸受11Cとを備えている。
上部ピストンロータ112は、上部クランクピン111の外周部に嵌合され、上部シリンダ113内で旋回される。
上部シリンダ113には、アキュムレータ20の配管21を通じてガス冷媒が吸入される吸入ポート113Aが上部シリンダ113の側壁を径方向に貫通して形成されている。
セパレータプレート11Aにより、上部シリンダ113の内部と下部シリンダ123の内部とが仕切られている。
下部シリンダ123には、アキュムレータ20の配管22を通じてガス冷媒が吸入される吸入ポート123Aが下部シリンダ123の側壁を径方向に貫通して形成されている。
下部クランクピン121は、クランクシャフト14の軸心に対して、上部クランクピン111とは逆位相(180°)となる向きに偏心している。
アキュムレータ20は、内部で冷媒を気液分離させる容器20Aと、容器20A内の気相であるガス冷媒を容器20A外へと取り出し、圧縮機10へと吸入させる2つの配管21,22と、2つの配管21,22を容器20A内で相互に拘束するブラケット30(拘束部)とを備えている。
容器20Aの上端部には、図示しない冷媒回路から低圧の冷媒を容器20A内に吸入する吸入管20Bが設けられている。
配管21は上部圧縮機構110に接続され、配管22は下部圧縮機構120に接続されている。
配管21は、容器20Aの上端部から所定距離だけ離れた位置から下方に向けて、上下方向(鉛直方向)に延びている直進部21Aと、直進部21Aに対して湾曲し、上部シリンダ113の吸入ポート113Aに向けて延びている湾曲部21Bとを備えている。
直進部21Aは、容器20A内から容器20Aの底部23を貫通して容器20A外へと至り、湾曲部21Bへと連続している。直進部21Aは、容器20Aの底部23に、直進部21Aが通される孔の周縁部をかしめることによって固定されている。
湾曲部21Bは、ハウジング13の側壁13Aに継手133により固定されている。湾曲部21Bの先端部は、側壁13Aを貫通して吸入ポート113Aに挿入されている。
直進部22Aは、配管21の直進部21Aと平行に延びている。
湾曲部22Bは、上記配管21の湾曲部21Bよりも下方で、水平にかつ湾曲部21Bと平行に延びている。湾曲部22Bの先端部は、側壁13Aを貫通して吸入ポート123Aに挿入されている。
配管22の曲がり部分22Cは、配管21の曲がり部分21Cよりも外周に位置している。
容器20Aの内部空間における配管21,22の上端部よりも上方には、容器20A内を上下に仕切る仕切部材24が設置されている。仕切部材24は、吸入管20Bから容器20A内に流入した冷媒が配管21,22内に直接的に入るのを防ぐ。容器20A内に流入した冷媒は、仕切部材24に形成された図示しない開口を通り抜ける。
容器20A内の冷媒は、冷媒の密度差に基づいて、気相であるガス冷媒と液相である液冷媒とに分離される。容器20A内の上部に存在するガス冷媒は、上端部21U,22Uから配管21,22内に流入し、配管21,22内をそれぞれ流れて圧縮機構110,120へと吸入される。
第1実施形態では、配管21,22の振動を低減する本発明の基本的な構成および作用効果を説明する。
ここで、運転停止中(非振動時)の圧縮機のハウジング13の軸線を一点鎖線で示し、運転中(振動時)の圧縮機10のハウジング13の軸線を実線で示している。
同様に、運転停止中(非振動時)の配管91,92の各々の軸線を一点鎖線で示し、運転中の配管91,92の各々の軸線を直線で示している。
容器20A内で延出する配管21,22の直進部21A,22Aを1以上のブラケット30により拘束することができる。
本実施形態は、直進部21A,22Aの長さ方向(上下方向)の1箇所にブラケット30を備えている。
ブラケット30は、容器20Aの内壁20Wから離れていて容器20Aには固定されておらず、容器20A内で延びている直進部21A,22Aを相互に拘束している。
ブラケット30は、適宜な樹脂系の材料や適宜な金属材料から、保持部31、保持部32、および連結部33が一体に形成されている。ブラケット30は、適度な弾性を備えていることが好ましい。
保持部32も、上下方向における直進部22Aの所定の部位に固定されている。
配管21,22が振動していないとき、保持部31,32は、容器20Aの底部23から同等の高さに位置している。
なお、保持部31,32の高さが若干相違していることも許容される。
連結部33は上下方向に沿って配置されており、連結部33の上下方向における剛性が高いので、上下方向への振動時に連結部33が変形することによる振動減衰効果が高い。
そうすると、保持部31と直進部21Aとの摩擦が増大し、ブラケット30による振動減衰の効果が向上する。
保持部31と直進部21Aとを直接密着させる代わりに、保持部31の内周部と直進部21Aの外周部との間に弾性部材を介在させ、保持部31の内周部、弾性部材、および直進部21Aの外周部を相互に密着させてもよい。
以上は、保持部32および直進部22Aについても同様である。
直進部21A,22Aはブラケット30により互いに拘束されているので、直進部21A,22Aが保持部31,32の内側をそれぞれ滑るようにして、図4(b)に示すように直進部21A,22Aおよびブラケット30が変形する。直進部21A,22Aおよびブラケット30の変形、そして、直進部21Aと保持部31、直進部22Aと保持部32の摩擦によって、配管21,22の振動が減衰される。
本実施形態では、容器20Aから離れたブラケット30により、容器20A内で配管21,22の部位同士を拘束することにより、効率よく振動減衰を図ることができる。
図3(b)に示すブラケット35は、上下方向から見たときにC字状を呈する保持部351,352と、保持部351,352を連結する連結部33とを備えている。
ブラケット35は、板金材料を打ち抜いて両端を点対称のC字形状に曲げることによって形成されている。連結部33の両端で曲げられた部分が保持部351,352に相当する。
図3(b)のブラケット35は、製作が容易であり、しかも、保持部351,352が開閉して変形するので振動減衰の効果が高い。
連結部361の水平方向の剛性が高いため、ブラケット36は、図2(b)に示すような配管21,22の水平方向への振動を減衰させるために有効である。また、水平方向の剛性向上により、共振回避の観点から固有振動数を調整できる。
図5(a)に示すブラケット37および図5(b)に示すブラケット38にそれぞれ備えられたバネ部101は、折り曲げ加工により、連結部33に蛇腹状に形成されている。
バネ部101が弾性変形することで、ブラケット37,38による振動減衰効果が向上する。
図6〜図9を参照し、本発明の第2実施形態について説明する。
第2実施形態では、アキュムレータ40の配管21,22同士を拘束するブラケットを使用し、振動の減衰効果をより一層向上させることのできる構造について説明する。
図6に示すように、第2実施形態のアキュムレータ40は、配管21,22の直進部21A,22Aの長さ方向における2つの異なる箇所にブラケット41,42を備えている。
ブラケット41,42は、いずれも、第1実施形態で説明したブラケット30(図3(a))と同様に構成することができる。
ブラケット41,42が、図3(b)および(c)、図5(a)〜(c)に示すブラケット37〜39と同様に構成されていてもよい。
ここで、配管21,22の各々の下端部21L,22Lのうち最も上方にある基準下端部21Lの位置P1(基端位置)から、配管21,22の各々の上端部21U,22Uが並ぶ位置P2(先端位置)までの高さを「1」とすると、ブラケット41は約0.5の高さ(第1高さH1)に位置し、ブラケット42は約0.8の高さ(第2高さH2)に位置している。
ブラケット41は、配管21の第1部位211と、配管22の第1部位221とを拘束している。第1部位211と第1部位221とは同じ高さにある。
ブラケット42は、配管21の第2部位212と、配管22の第2部位222とを拘束している。第2部位212と第2部位222とは同じ高さにある。
上下方向におけるブラケット41,42の各々の寸法は、配管21,22に拘束力を働かせるため、1mm以上の適宜な寸法に定めることができる。
同様に、ブラケット42は、基端位置P1から先端位置P2までの高さを「1」としたとき、0.8の高さH2および高さH2近傍を含む範囲に亘り配置されている。
より具体的に、ブラケット41,42の寸法を用いて言えば、ブラケット41に関しては、直進部21Aが延びている上下方向D1におけるブラケット41の中心部が、約0.5の高さH1にあることが好ましい。ブラケット42に関しては、上下方向D1におけるブラケット42の中心部が、約0.8の高さH2にあることが好ましい。
図7(a)〜(c)は、ロータリー圧縮機に接続された既存(配管のブラケットなし)のアキュムレータの配管91,92の振動解析結果を示している。
図7(a)は1次の振動モード成分を示し、図7(b)は2次の振動モード成分を示し、図7(c)は3次の振動モード成分を示している。
4次以上の振動モード成分も存在するが、配管91,92の振動全体の中で、周波数が低くかつ音圧レベルが高いため騒音に繋がる1次から3次までの振動を重点的に減衰させたい。
これについて図8(a)〜(c)を参照して説明する。
配管21,22は、それぞれ、容器20Aの底部23(図6)にかしめられている固定端201と、自由端202とを有している。
図8(a)〜(c)は、それぞれ、1次、2次、3次の各振動モード成分を示している。
図8(a)に示す1次の振動モードでは、自由端202に近づくにつれて漸次振幅が増加し、振幅の増加に伴って、固定端201からの高さが同じ配管21の部位と配管22の部位との相対変位が増加する。
図8(b)に示す矢印は、ブラケット(二点鎖線)により拘束された配管21,22の部位について、配管21の節Bの部位を基準として配管22の節Bの部位が相対的に変位する向きを示している。
図8(b)に二点鎖線で示すように節Bに対応する箇所でブラケットにより配管21,22同士が拘束されていると、2次モードに関して配管21,22およびブラケットの変形や摩擦による振動減衰効果が最も高い。
図8(c)に示す矢印は、ブラケット(二点鎖線)により拘束された配管21,22の部位について、配管21の節B1,B2の部位を基準として配管22の節B1,B2の部位が相対的に変位する向きを示している。
図8(c)に二点鎖線で示すように第1の節B1に対応する箇所と、第2の節B2に対応する箇所との2箇所でブラケットにより配管21,22同士が拘束されていると、3次モードに関して配管21,22およびブラケットの変形や摩擦による振動減衰効果が最も高い。
図9(a)〜(c)は、それぞれ、1次、2次、3次の各振動モード成分を示している。
図9(b)に、固定端および自由端を有する梁の振動公式から算出された数値の例を示すように、2次振動モードの節Bは、固定端201から自由端202までの長さを「1」とすると、「0.774」の位置にある。
同様に、図9(c)に、固定端および自由端を有する梁の振動公式から算出された数値の例を示すように、固定端201から自由端202までの長さを「1」とすると、3次振動モードの節B1は、「0.500」に位置にあり、3次振動モードの節B2は、「0.868」の位置にある。
図9(a)に示すように1次振動モードでは、自由端202、つまり「1」の位置で振幅が最大となり、それに伴い配管21,22の相対変位も最大となることも考慮するとよい。
ブラケット41,42により、0.8の高さH2から少し外れた位置、例えば、1次モードの振幅が大きい配管21,22の上端部21U,22Uの近傍や、3次モードの節B2の位置にも、ブラケット41,42による拘束力が及ぶので、配管21,22の振動を効率よく減衰させることができる。
例えば、図10に示すように、0.5の高さH1および0.8の高さH2の両方を含む範囲に亘り、配管21,22を1つのブラケット45により拘束することもできる。この場合も、第2実施形態と同様に、振動をより十分に減衰させることができる。
したがって、図11に示すように、上下方向に離れた3箇所に位置し、容器20Aから離れている3つのブラケット46〜48により、配管21,22を容器20A内で拘束することもできる。
さらに、本発明のアキュムレータは、必ずしも、圧縮機のハウジング13に支持されている必要はない。本発明のアキュムレータの振動減衰構造によれば、容器20A内の配管21,22に何らかの加振源から伝わる振動を減衰させることで、アキュムレータの振動を低減することができる。
配管21,22の形状等に応じて、拘束する配管の部位を定めるための高さの基準を適宜に定めることができる。
11 圧縮機構
11A セパレータプレート
11B 上部軸受
11C 下部軸受
12 モータ
13 ハウジング
13A 側壁
14 クランクシャフト
20 アキュムレータ
20A 容器
20B 吸入管
21 配管(基準配管)
21A,22A 直進部
21B,22B 湾曲部
21C,22C 曲がり部分
21L 下端部(基準下端部)
22L 下端部
21U,22U 上端部
20W 内壁
22 配管
23 底部
24 仕切部材
25 ストラップ
26 アキュムレータブラケット
30,35〜39,41,42,45〜48 ブラケット(拘束部)
31,32 保持部
33,361 連結部
34 リング部材
40 アキュムレータ
91,92 配管
91U,92U 上端部
101 バネ部
102 バネ部
110 上部圧縮機構
111 上部クランクピン
112 上部ピストンロータ
113 上部シリンダ
113A 吸入ポート
114 上部マフラ
120 下部圧縮機構
121 下部クランクピン
122 下部ピストンロータ
123 下部シリンダ
123A 吸入ポート
124 下部マフラ
131 吐出管
133 継手
201 固定端
202 自由端
211 部位
212 部位
221 部位
222 部位
351,352 保持部
A,A1,A2 腹
B,B1,B2 節
D1 上下方向
H1 第1高さ
H2 第2高さ
P1 基端位置
P2 先端位置
Sp 隙間
Claims (9)
- 内部で流体を気液分離させる容器と、
前記容器内の気相を前記容器外へと取り出す複数の配管と、
前記容器内で並行して延びている前記複数の配管を相互に拘束する拘束部と、を備え、
上下方向における2以上の異なる箇所に前記拘束部を備え、
前記拘束部は、
前記容器から離れており、前記容器内で、前記複数の配管の各々の部位同士を拘束し、
前記複数の配管の各々の下端部のうち最も上方にある基準下端部の位置である基端位置から、前記複数の配管の各々の上端部が並ぶ位置である先端位置までの高さを1とすると、
前記拘束部は、
0.5の高さである第1高さおよびその近傍を含む範囲と、
0.8の高さである第2高さおよびその近傍を含む範囲と、に配置されている、
ことを特徴とするアキュムレータ。 - 前記第1高さは、
前記配管の振動の3次モードの第1節の位置に対応し、
前記第2高さは、
前記配管の振動の2次モードの節の位置および3次モードの第2節の位置に対応する、
ことを特徴とする請求項1に記載のアキュムレータ。 - 前記基準下端部を有する前記配管である基準配管は、
前記容器内から前記容器の底部を通り前記容器外にまで上下方向に沿って延びている直進部と、
前記直進部に対して湾曲している湾曲部と、を備え、
前記基端位置は、
前記基準配管の前記湾曲部の上端である、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のアキュムレータ。 - 前記拘束部は、
前記複数の配管を1つずつ保持する複数の保持部と、
前記複数の保持部を互いに連結する連結部と、を備える、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のアキュムレータ。 - 前記連結部は、バネ部を有する、
ことを特徴とする請求項4に記載のアキュムレータ。 - 内部で流体を気液分離させる容器と、
前記容器内の気相を前記容器外へと取り出す複数の配管と、
前記容器内で並行して延びている前記複数の配管を相互に拘束する拘束部と、を備え、
上下方向における2以上の異なる箇所に前記拘束部を備え、
前記拘束部は、
前記容器から離れており、前記容器内で、前記複数の配管の各々の部位同士を拘束し、
前記拘束部は、
前記複数の配管を1つずつ保持する複数の保持部と、
前記複数の保持部を互いに連結する連結部と、を備え、
前記保持部は、上下方向から見たときにC字状を呈し、
前記保持部と前記連結部とが隣り合う部分には隙間があいている、
ことを特徴とするアキュムレータ。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載のアキュムレータを備え、前記配管が接続される圧縮機であって、
前記配管を通じて吸入された流体を圧縮する圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動するモータと、
前記圧縮機構および前記モータを収容し、前記アキュムレータを支持するハウジングと、を備える、
ことを特徴とする圧縮機。 - 前記圧縮機構は、
シリンダと、前記シリンダ内で前記シリンダの軸心から偏心して回転されるピストンロータとを備えるロータリー式圧縮機構である、
ことを特徴とする請求項7に記載の圧縮機。 - 2つの前記圧縮機構を備え、
前記2つの圧縮機構の各々が、
前記シリンダおよび前記ピストンロータを有する、
ことを特徴とする請求項8に記載の圧縮機。
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