JP6773932B1 - 圧縮機および空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧縮室の内外の差圧や締結部材による締結においても、軸受の変形を防止することができる圧縮機および空気調和装置を提供すること。【解決手段】 圧縮機は、電動機と、電動機により駆動され、偏心部を有する回転軸と、偏心部の回転により公転運動を行う回転体と、回転体を回転可能に収容するシリンダと、 シリンダとともに圧縮室を形成し、回転軸を回転可能に支持する軸受と、圧縮室内で圧縮された流体を吐出する吐出口に設けられる吐出弁とを含む。軸受は、シリンダに締結部材を用いて締結するための複数の穴を有し、シリンダの内壁面から吐出弁に最も近い穴までの距離が、該シリンダの内壁面から他の穴までの距離より大きい。【選択図】 図５

Description

本発明は、圧縮機および該圧縮機を含む空気調和装置に関する。

ロータリ圧縮機は、シリンダの上下を上軸受と下軸受とをボルトにより締結し、冷媒を圧縮するための圧縮室を形成している（例えば、特許文献１参照）。圧縮室内には、上軸受および下軸受により回転可能に支持されるクランク軸の偏心部と、偏心部に回転自在に配置されるローラと、ローラの外周に当接して圧縮室内を２つの部屋（吸込み室と吐出室）に区分けするベーンとが存在する。ロータリ圧縮機は、クランク軸の中心軸で偏心部とローラが回動することで、シリンダ内径に設けられた穴から吸い込まれた冷媒を圧縮し、上軸受もしくは下軸受またはその両方に設けられた吐出弁を押し上げながら、吐出口から圧縮室の外へ吐出する。

特開２００５−０３０２３２号公報

上記の従来の圧縮機では、シリンダの内壁面からの距離が略同等の位置にシリンダを固定するためのボルト穴を設け、そのボルト穴にボルトを通して固定している。この構造では、同等の位置に同等のトルクで締結していても、他の部位に比べて薄くなっている軸受の吐出弁取り付け部は大きく変形するという問題があった。

圧縮された冷媒が吐出口から吐出された直後の圧縮室内は、吸込み圧力になっており、圧縮室外部の吐出圧力より低い。すると、圧縮室の内外の差圧によっても吐出弁取り付け部が大きく変形するという問題もあった。

本発明は、上記課題に鑑み、
電動機と、
電動機により駆動され、偏心部を有する回転軸と、
偏心部の回転により公転運動を行う回転体と、
回転体を回転可能に収容するシリンダと、
シリンダとともに圧縮室を形成し、回転軸を回転可能に支持する軸受と、
圧縮室内で圧縮された流体を吐出する吐出口に設けられる吐出弁と
を含み、
軸受は、シリンダに締結部材を用いて締結するための複数の穴を有し、
シリンダの内壁面から吐出弁に最も近い穴までの距離が、該シリンダの内壁面から他の穴までの距離より大きい、圧縮機が提供される。

本発明によれば、締結部材の締結および圧縮室の内外の差圧による軸受の変形を抑制することができる。

空気調和装置の構成例を示した図。 室外機の構成例を示した図。 圧縮機の全体構成の一例を示した断面図。 圧縮機構の詳細な構成を示した図。 締結部材を用いて締結するための穴の位置について説明する図。 切断線Ａ−Ａで切断した断面図。 シリンダに設ける穴の位置の第１の例を示した図。 シリンダに設ける穴の位置の第２の例を示した図。

図１は、空気調和装置の構成例を示した図である。空気調和装置は、住宅等の室内に設けられる室内機１０と、室外に設置される室外機１１とを含む。室内機１０と室外機１１は、１台ずつに限られるものではなく、複数台であってもよい。室内には、室内機１０のほか、室内機１０を操作するためのリモートコントローラ１２を備えることができる。

室内機１０と室外機１１とは、配管１３、１４により接続され、配管１３、１４内を冷媒が循環するように構成されている。冷媒は、ジフルオロメタンとペンタフルオロエタンとの混合物（Ｒ４１０Ａ）等を用いることができる。

室内機１０は、室内の空気を吸い込み、循環する冷媒により室内の空気を冷却または暖め、冷却または暖めた空気を吹き出す。これを繰り返すことにより、室内を冷やし、または暖める。室外機１１は、冷媒を室内機１０へ供給し、室内機１０から戻された冷媒を加熱または冷却して、再び室内機１０へ供給する。

図２は、空気調和装置を構成する室外機１１の構成例を示した図である。室外機１１は、外気を吸い込み、吹き出すファン２０と、吸い込んだ空気を温め、または冷却する熱交換器２１と、室内機１０と室外機１１との間で冷媒を循環させる圧縮機２２とを備える。また、室外機１１は、室内機１０と通信を行い、室外機１１を制御する制御装置２３と、室外膨張弁２４と、冷媒が流れる方向を切り替えるための四方弁２５とを備える。さらに、室外機１１は、外気温を計測する温度センサ、圧縮機２２に供給する電流を計測するセンサ、冷媒の流量を計測するセンサ、冷媒の圧力を計測するセンサ等の各種のセンサやアキュームレータ等を備える。

室外機１１は、室内機１０からの運転開始の指示を受けて運転を開始する。制御装置２３は、室内機１０と連携して動作するように室外機１１を制御する。制御装置２３は、圧縮機２２を起動させ、室内機１０との間で冷媒の循環を開始させる。

制御装置２３は、ファン２０を起動させる。熱交換器２１は、循環する冷媒と、ファン２０により取り込んだ外気との熱交換を行い、冷媒を蒸発または凝縮させる。室外膨張弁２４は、冷媒を膨張させ、冷媒の流量を制御する。四方弁２５は、設定された運転モードに応じて、冷媒を流す方向を切り替える。

運転モードが冷房モードである場合、圧縮機２２が冷媒を圧縮し、吐出すると、高温、高圧の冷媒は、熱交換器２１に供給される。冷媒は、ファン２０により吸い込まれた外気と熱交換して冷却され、凝縮する。冷媒は、室外膨張弁２４により膨張され、温度が下がり、一部が気化して、ガスと液の二相流の状態で、配管１３を通して室外機１１から室内機１０へ送られる。このとき、圧縮機２２が循環する冷媒の流量が室外膨張弁２４により調整される。冷媒は、室内機１０で室内の空気と熱交換を行った後、配管１４を通り、圧縮機２２へ戻される。この動作を繰り返し、吹き出された冷たい空気で室内を設定温度になるように冷却していく。

運転モードが暖房モードである場合、四方弁２５により冷媒が流れる方向を、冷房の場合とは逆の方向に切り替える。圧縮機２２が冷媒を断熱圧縮し、高温、高圧の状態にして吐出すると、熱交換器２１ではなく、配管１４を通して室内機１０へ送られる。冷媒は、室内機１０で室内の空気と熱交換を行った後、配管１３を通り、室外機１１へ戻される。

室外機１１では、室外膨張弁２４により凝縮した高圧の冷媒を膨張させる。これにより、冷媒は、低温、低圧の状態になる。このとき、圧縮機２２が循環する冷媒の流量が室外膨張弁２４により調整される。その後、熱交換器２１に供給され、ファン２０により吸い込まれた外気と熱交換された後、圧縮機２２へ戻される。この動作を繰り返し、吹き出された温かい空気で室内を設定温度になるように暖めていく。

図３は、圧縮機の全体構成の一例を示した断面図である。圧縮機２２は、アキュームレータ２６と接続され、冷媒を、アキュームレータ２６を介して吸い込む。アキュームレータ２６は、冷媒ガスを蓄積する容器である。

圧縮機２２は、密閉容器３０内に、電動機や圧縮機構を備える。密閉容器３０は、中空円筒状のケース３０ａと、ケース３０ａの上部を覆う蓋チャンバー３０ｂと、ケース３０ａの底部を覆う底チャンバー３０ｃとから構成される。蓋チャンバー３０ｂには、圧縮した冷媒を吐出するための吐出パイプ３１を備える。

ケース３０ａの外面には、アキュームレータ２６が固定され、アキュームレータ２６から冷媒ガスが圧縮機２２内に吸入される。

密閉容器３０内には、電動機を構成する回転子３２と固定子３３とが設けられる。回転子３２は、密閉容器３０の中央位置に配置され、回転磁界により回転する。固定子３３は、回転子３２の周囲を包囲するように離間して配置され、交流電圧を受けて回転磁界を発生させる。

回転子３２には、底チャンバー３０ｃへ向けて延びるように、回転軸としてシャフト３４が連結され、回転子３２の回転によりシャフト３４を一定方向に回転させる。

密閉容器３０内の電動機の下側には、圧縮機構が設けられ、圧縮機構の圧縮室を構成するシリンダが配置される。図３に示す例では、２つの圧縮室を備えており、２つのシリンダが配置されている。２つのシリンダは、電動機側の上シリンダ３５と、底チャンバー３０ｃ側の下シリンダ３６とであり、アキュームレータ２６から冷媒ガスを内部に吸入する。このため、上シリンダ３５および下シリンダ３６は、冷媒ガスを吸入するための吸入口を備えている。

底チャンバー３０ｃには、圧縮機構の摺動部の摩耗低減やシール性を維持するための潤滑材として冷凍機油が貯留される。冷凍機油は、シャフト３４の回転によりシャフト３４内に取り込まれ、摺動部へと供給される。

図４を参照して、圧縮機構の構成について詳細に説明する。図４（ａ）は、組み立てた後の圧縮機構の斜視図を示し、図４（ｂ）は、圧縮機構を各構成部品に分解したときの斜視図を示す。

上シリンダ３５および下シリンダ３６は、円筒状の空洞を有し、上シリンダ３５と下シリンダ３６との間には、仕切板３７が設けられ、上シリンダ３５の下側および下シリンダ３６の上側を閉鎖する。

シャフト３４には、シャフト３４の断面の中心から重心がずれた位置となる偏心部３８が設けられ、偏心部の周囲にリング状の回転体（ローラ）３９が配置される。偏心部３８およびローラ３９は、上シリンダ３５および下シリンダ３６のそれぞれの円筒状の空洞内に収容される。上シリンダ３５の上側は、上軸受（上ベア）４０により閉鎖され、上ベア４０と上シリンダ３５と仕切板３７とにより圧縮室を構成する。下シリンダ３６の下側は、下軸受（下ベア）４１により閉鎖され、下ベア４１と下シリンダ３６と仕切板３７とにより圧縮室を構成する。

上シリンダ３５および下シリンダ３６は、内部に収容されたローラ３９の外周面に当接し、圧縮室を２つに分けるベーン４２を収容する収容溝４３を有する。ベーン４２は、複数の切り欠き部を有する後方側がバネ等により付勢され、前方側がローラ３９の外周面に押し付けられた状態を維持し、圧縮室を吸込側と吐出側の部屋に分け、２つの部屋に分けた状態を維持する。

上ベア４０および下ベア４１は、シャフト３４に上シリンダ３５、仕切板３７、下シリンダ３６を回転可能に支持する。上ベア４０および下ベア４１は、上シリンダ３５および下シリンダ３６にボルト等の締結部材を用いて締結される。このため、上シリンダ３５、下シリンダ３６、仕切板３７、上ベア４０、下ベア４１には、ボルトを通すためのボルト穴４４が設けられている。

再び図３を参照して、各ローラ３９は、各偏心部３８の回転により公転運動を行い、上シリンダ３５および下シリンダ３６内に吸入された冷媒ガスを圧縮する。圧縮された冷媒ガスは、上シリンダ３５および下シリンダ３６に設けられた吐出口から吐出弁を介して、上シリンダ３５と電動機との間に形成された一次空間４５へ吐出される。

一次空間４５へ吐出された冷媒ガスは、回転子３２と固定子３３との間の隙間や、固定子３３とケース３０ａとの間の隙間等を通して電動機上側の二次空間４６へ送られ、蓋チャンバー３０ｂに設けられる吐出パイプ３１から吐出される。

圧縮機構は、高圧の冷媒ガスが吐出される際の騒音を抑制するため、サイレンサーとして機能する上カップ４７や下カップ４８を備えることができる。

図５および図６は、締結部材としてボルトを用いて締結するためのボルト穴の位置について説明する図である。上ベア４０および下ベア４１は、上シリンダ３５および下シリンダ３６にボルト４９を用いて締結される。ここでは、上ベア４０を上シリンダ３５に締結する例についてのみ説明するが、下ベア４１を下シリンダ３６に締結する場合も同様である。

図５は、上シリンダ３５に上ベア４０を、ボルト４９を用いて締結したところを示した図で、図６は、図５の切断線Ａ−Ａで切断した断面図である。上ベア４０には、吐出弁５０を取り付けるための取り付け部５１が設けられている。

図６を参照すると、上シリンダ３５に上ベア４０が隣接して配置され、ボルト４９により締結される。上ベア４０には、取り付け部５１が凹部にあり、ボルト４９は、凹部より一段高い面にボルト４９の頭部が当接するように締結される。取り付け部５１には、吐出口５２が設けられ、上シリンダ３５の吐出口５２へ続く部分には、シリンダ切欠き（吐出ガイド）５３が設けられる。

取り付け部５１には、吐出口５２を塞ぐように吐出弁５０が設置される。吐出弁５０は、リテーナ５４と呼ばれる吐出弁抑えで閉鎖状態が保持される。リテーナ５４は、リベット５５等の固定部材で一端が固定され、他端が湾曲して上方へ移動可能とされている。

上シリンダ３５内で圧縮された冷媒ガスは、吐出ガイド５３を通して吐出口５２へ導かれ、吐出弁５０を押し上げる。吐出弁５０の押し上げにより吐出口５２が開放され、開放された吐出口５２から冷媒ガスが外部へ吐出される。

吐出弁５０を介して吐出された冷媒ガスは、図３に示す上カップ４７で覆われた空間に吐出される。上カップ４７には、穴が設けられており、その穴を通して一次空間４５へ導かれる。

上シリンダ３５に上ベア４０をボルト４９により締結する場合、シャフト３４を中心として同じ径方向距離に、ボルト穴が設けられ、ボルト穴にボルト４９を螺合することにより締結する。すると、吐出弁５０に最も近いボルト４９の位置は、取り付け部５１の凹部に近い位置となる。

取り付け部５１の凹部は、図６に示すように、上ベア４０の凹部以外の部位の厚さより、その厚さが薄い。図６に示す例では、凹部の厚さは、他の部位の厚さの略１／３である。このような厚さが薄い部位に近い箇所に、他の部位と同等のトルクでボルト４９を用いて締結すると、上シリンダ３５の内側へ変形するおそれがある。

また、吐出弁５０を通して高圧の冷媒ガスを吐出した後は、吸込圧まで下がるため、圧縮室の内外で大きな差圧が生じ、その差圧により上シリンダ３５の内側へ変形するおそれがある。ボルト締結による変形が生じた場合、凹部の強度が低下するため、この差圧によりさらに変形が大きくなる可能性もある。

そこで、吐出弁５０の取り付け部５１に最も近いボルト穴の、上シリンダ３５の円筒状の空洞の内壁面から径方向への距離を、他のボルト穴の距離より大きくする。すると、図５に示すように、一点鎖線で示されるシャフト３４を中心とした一定の距離にある他のボルト４９の位置より、取り付け部５１に最も近いボルト４９ａが離れた位置となり、ボルト締結による変形を抑制し、さらに圧縮室内外の差圧による変形も抑制することができる。これにより、ボルト４９ａの締結による変形量と圧縮室内外の差圧による変形量との和を、他の部位（他のボルトの締結による変形量と圧縮室内外の差圧による変形量の和）と同等にすることができる。

なお、ボルト穴の全てにつき、上シリンダ３５の内壁面から径方向への距離を離すと、上ベア４０の端面と上シリンダ３５の端面を密着させる力が弱くなり、隙間が発生する。これでは、発生した隙間から圧縮した冷媒ガスが漏れ出してしまう。このため、変形の影響が大きい取り付け部５１に最も近いボルト４９ａのみを遠ざけることが効果的である。

図７は、上シリンダ３５に設けるボルト穴の位置の第１の例を示した図である。下シリンダ３６は、上シリンダ３５と同様であるため、ここでは説明を省略する。上シリンダ３５は、偏心部３８およびローラ３９が収容される円筒状の空洞５６を有し、空洞５６に連続して一方向に延び、ベーン４２が摺動する収容溝４３を有する。冷凍機油は、シャフト３４と上ベア４０および下ベア４１との間、ベーン４２と収容溝４３との間、上シリンダ３５とローラ３９との間等の摺動部に供給される。

上シリンダ３５は、内部で冷媒を圧縮するため、一定の肉厚を有し、空洞５６に面した内壁面５７から径方向へ一定の距離である一点鎖線上にボルト穴５８ａ〜５８ｃが設けられる。上シリンダ３５は、そのほか、吐出ガイド５３やリベット穴５９等が設けられている。取り付け部５１は、破線で示される位置にあり、取り付け部５１に最も近いボルト穴５８ｄが一点鎖線より上シリンダ３５の外壁面側、すなわち内壁面からの距離を他のボルト穴５８ａ〜５８ｃより遠い位置に設けられる。

空洞５６の内壁面５７からボルト穴５８ａ〜５８ｄのそれぞれの中心までの距離をＬ１〜Ｌ４とすると、Ｌ４＞Ｌ１≒Ｌ２≒Ｌ３となる。ボルト穴５８ａ〜５８ｃのそれぞれの間隔はほぼ一定の間隔である。この例では、ボルト穴５８ａ〜５８ｄが４つとされているが、これに限られるものではなく、３つや５つ以上であってもよい。

図８は、上シリンダ３５に設けるボルト穴の位置の第２の例を示した図である。図８に示す例も、図７に示す例と同様、４つのボルト穴５８ａ〜５８ｄが設けられている。図７に示した例では、４つのボルト穴５８ａ〜５８ｄが略９０°異なる方向に設けられているが、ボルト穴５８ｄを上シリンダ３５の内壁面５７から遠ざけたことにより、上シリンダ３５の端面と上ベア４０の端面との密着力が低下することから、上シリンダ３５の端面と上ベア４０の端面との間に隙間が生じやすい。

そこで、上シリンダ３５の端面と上ベア４０の端面との間に生じる隙間を低減するべく、遠ざけたボルト穴５８ｄに隣り合うボルト穴５８ａ、５８ｃを、ボルト穴５８ｄに近づけることができる。空洞５６の中心と、各ボルト穴５８ａ〜５８ｄの中心とをそれぞれ繋ぐ線分によりなす角をそれぞれθａ、θｂ、θａ’、θｂ’とすると、θａ＜θａ’、θｂ＜θｂ’となる。

以上のようにして、ボルト締結および圧縮室内外の差圧による変形を抑制することで、ローラ３９とベーン４２の運動が阻害されるのを防止し、圧縮機２２の信頼性および性能を向上させることができる。なお、圧縮機２２としてロータリ圧縮機を例に挙げて説明したが、圧縮機２２はロータリ圧縮機に限定されるものではない。したがって、圧縮機２２は、スクロール圧縮機等であってもよい。また、シリンダは、１つのシリンダであってもよく、１つのシリンダの上部を上シリンダ３５で、下部を下シリンダ３６で覆い、１つの圧縮室を形成してもよい。

これまで本発明の圧縮機および空気調和装置について上述した実施形態をもって詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…室内機
１１…室外機
１２…リモートコントローラ
１３、１４…配管
２０…ファン
２１…熱交換器
２２…圧縮機
２３…制御装置
２４…室外膨張弁
２５…四方弁
２６…アキュームレータ
３０…密閉容器
３０ａ…ケース
３０ｂ…蓋チャンバー
３０ｃ…底チャンバー
３１…吐出パイプ
３２…回転子
３３…固定子
３４…シャフト
３５…上シリンダ
３６…下シリンダ
３７…仕切板
３８…偏心部
３９…ローラ
４０…上ベア
４１…下ベア
４２…ベーン
４３…収容溝
４４…ボルト穴
４５…一次空間
４６…二次空間
４７…上カップ
４８…下カップ
４９、４９ａ…ボルト
５０…吐出弁
５１…取り付け部
５２…吐出口
５３…吐出ガイド
５４…リテーナ
５５…リベット
５６…空洞
５７…内壁面
５８ａ〜５８ｄ…ボルト穴
５９…リベット穴

Claims (5)

1. 電動機と、
   前記電動機により駆動され、偏心部を有する回転軸と、
   前記偏心部の回転により公転運動を行う回転体と、
   前記回転体を回転可能に収容するシリンダと、
   前記シリンダとともに圧縮室を形成し、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
   前記圧縮室内で圧縮された流体を吐出する吐出口に設けられる吐出弁と
   を含み、
   前記軸受は、前記シリンダに締結部材を用いて締結するための複数の穴を有し、
   前記シリンダの内壁面から前記吐出弁に最も近い穴までの距離が、該シリンダの内壁面から他の穴までの距離より大きく、
   前記吐出弁に最も近い穴を除いた前記他の穴が、前記シリンダの内壁面から所定の距離にあり、前記吐出弁に最も近い穴に隣り合う２つの穴を、前記所定の距離を維持しつつ前記吐出弁に最も近い穴に近づける、圧縮機。
2. 前記吐出弁は、前記軸受に設けられた凹部に取り付けられ、前記凹部の厚さが、前記軸受の前記凹部以外の他の部位の厚さより薄い、請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記軸受は、前記シリンダの上部を覆う上軸受と、前記シリンダの下部を覆う下軸受とを含み、
   前記吐出弁が前記上軸受もしくは前記下軸受に設けられる、請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 前記シリンダを２以上含み、
   ２以上の前記シリンダ間を仕切る１以上の仕切部材をさらに含み、
   前記軸受は、前記２以上のシリンダのうちの最上部を覆う上軸受と、前記２以上のシリンダの最下部を覆う下軸受とを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. １以上の室内機と、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮機を含む室外機とを含む、空気調和装置。