JP6887561B2

JP6887561B2 - 密閉型圧縮機

Info

Publication number: JP6887561B2
Application number: JP2020507233A
Authority: JP
Inventors: 克樹鈴木; 幹一朗杉浦; 友宏井柳
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: CN111868385B; CZ309169B6; CZ2020479A3; JPWO2019180900A1; WO2019180900A1; CN111868385A; KR20200108349A; KR102314232B1

Description

本発明は、冷凍装置、空調装置、又は給湯装置などに用いることができる密閉型圧縮機に関するものである。

従来の冷凍装置などにおける冷凍サイクルでは、例えば凝縮器の冷却ファン異常による、想定しない凝縮温度の上昇により、圧縮機に異常高圧が発生する場合がある。圧縮機に異常高圧が発生すると、圧縮機の吐出側に設けた高圧カット保護装置により、圧縮機における圧縮運転を停止させることが一般的になっている。しかしながら、高圧カット保護装置に作動異常が発生した場合、冷凍サイクルに許容量以上の圧力がかかり、圧縮機以外の冷凍サイクル部分での配管などを損傷する虞がある。このため、冷凍サイクルの中の配管に一部脆弱箇所を設け、その周りを皮膜で覆うことにより、圧縮機に異常高圧が発生すると冷媒配管の損傷を脆弱箇所で起こし、皮膜により損傷箇所拡大を防止できるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１３０８９６号公報

圧縮機の吸入側から圧縮機内に空気が混入すると、圧縮機内部の冷凍機油がミスト状となった状態で圧縮が行われ、非常に速い速度で圧縮機内部の高圧側の圧力が異常に上昇する場合がある。このような場合、圧縮機の損傷及び圧縮機が接続されている配管の損傷が発生する。さらに、圧縮機周囲に設置された設備などに損害が拡大するので、このような損害が発生しないような対応が求められる。しかしながら、特許文献１の冷媒配管の脆弱箇所の構成は、冷媒圧力の異常上昇や冷媒圧力変化の繰り返しによる負荷が原因で発生する冷媒配管の損傷を想定したものである。従って、非常に速い速度で圧縮機内部の高圧側の圧力が異常に上昇する場合に、特許文献１に記載の構成では対応することができない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、圧縮機内部の圧力が非常に速い速度で異常に上昇した場合でも、圧縮機周囲に設置された設備などの損害を未然に防ぐことのできる密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係る密閉型圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記密閉容器に収容され、前記圧縮機構部を駆動する電動機とを有し、前記圧縮機構部は、中空のシリンダと、前記電動機により回転するクランクシャフトと、前記クランクシャフトの偏芯軸に嵌合し、前記シリンダの内周面に沿って偏芯回転するローリングピストンと、前記シリンダの内周面と前記ローリングピストンの外周面とで形成される冷媒の圧縮室を高圧領域と低圧領域とに区画するベーンと、前記ローリングピストンの偏芯回転に追従するよう前記ベーンを前記ローリングピストンの外周面に付勢するバネとを有する密閉型圧縮機であって、前記密閉容器の胴部に設けられ、前記バネを収容する収容器を備え、前記収容器は、円筒状の部材であり、前記収容器の両端部のうちの一方の端部には底面が設けられ、前記底面により前記一方の端部は閉塞し、前記収容器の両端部のうちの他方の端部は開口し、かつ前記圧縮室と連通しており、前記収容器は、前記クランクシャフトの軸芯から前記密閉容器の外方へ向かう外力に対する強度が前記密閉容器よりも低い脆弱部を、前記底面に有しており、前記収容器は、前記他方の端部が前記クランクシャフトの軸芯側に位置し、前記収容器の軸芯が前記シリンダの径方向に沿うよう配置されており、前記クランクシャフトの軸芯から前記脆弱部までの前記シリンダの径方向に沿った長さが、前記クランクシャフトの軸芯から前記密閉容器の外周面までの前記シリンダの径方向に沿った長さよりも短くならないよう、前記収容器は位置決めされているものである。

本発明に係る密閉型圧縮機によれば、圧縮室のガスが非常に速い速度で急膨張し、圧縮室内の圧力が異常に上昇しても、圧縮機構部の他の構成要素よりも優先的に脆弱部が破断する。そのため、密閉容器内の高圧空間の密閉状態が解消され、圧力の上昇を防ぐことができる。従って、圧縮機の損傷及び圧縮機が接続されている配管の損傷の発生が防止され、圧縮機周囲に設置された設備などの損害を未然に防ぐことができる。

本発明の実施の形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。本発明の実施の形態に係る密閉型圧縮機の圧縮機構部を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る収容器の構成を示す図である。

以下に、本発明における密閉型圧縮機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面においては各構成部材の大きさ及び形状は実際の装置とは異なる場合がある。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。密閉型圧縮機１は、密閉容器１０と、冷媒を圧縮する圧縮機構部２０と、圧縮機構部２０を駆動する電動機３０とを有する。圧縮機構部２０及び電動機３０は密閉容器１０に収容されている。圧縮機構部２０は密閉容器１０の下部に位置し、電動機３０は密閉容器１０の上部に位置している。

電動機３０は、例えばＤＣモータで構成される。電動機３０は、固定子３１と回転子３２を有する。固定子３１は、密閉容器１０の内周面に固定されている。回転子３２は、固定子３１の内部に配設されている。固定子３１には、密閉容器１０に固定されている不図示の端子から電力が供給される。

圧縮機構部２０は、シリンダ２１と、フレーム２２と、シリンダヘッド２３と、クランクシャフト２４と、ローリングピストン２５とを有している。シリンダ２１は円筒状の中空の部材であり、軸方向の両端部は開口している。シリンダ２１の軸方向の両端部のうち、密閉型圧縮機１の設置面から遠い方の端部、すなわち図１中の上側の端部に、フレーム２２が設けられている。フレーム２２は断面形状がＴ字状を呈しており、円板状の部分がシリンダ２１の開口部を閉塞している。シリンダ２１の軸方向の両端部のうち、密閉型圧縮機１の設置面に近い方の端部、すなわち、図１中の下側の端部に、シリンダヘッド２３が設けられている。シリンダヘッド２３は断面形状がＴ字状を呈しており、円板状の部分がシリンダ２１の開口部を閉塞している。クランクシャフト２４は、シリンダ２１、フレーム２２、及びシリンダヘッド２３を挿通している。クランクシャフト２４は、電動機３０の回転子３２の駆動力により回転する。ローリングピストン２５は、クランクシャフト２４の偏芯軸に嵌合しており、シリンダ２１の内周面に沿って偏芯回転する。シリンダ２１の内周面とローリングピストン２５の外周面とで、圧縮室２６が形成されている。

密閉型圧縮機１は、吸入管１２と、気液分離器１３と、吐出管１４を有している。吸入管１２は、密閉型圧縮機１が構成要素となる冷凍サイクルの不図示の蒸発器に接続される。蒸発器から流出する冷媒は、吸入管１２を介して気液分離器１３に流入し、気液分離器１３からシリンダ２１へ導かれる。吐出管１４は、密閉型圧縮機１が構成要素となる冷凍サイクル冷凍サイクルの不図示の凝縮器に接続される。密閉容器１０内の高圧冷媒は、吐出管１４を介して冷凍サイクルへ送り出される。

密閉容器１０の底部には冷凍機油１１が貯留している。冷凍機油１１は不図示の給油機構によりクランクシャフト２４を介して圧縮機構部２０へ導かれ、圧縮機構部２０の各部が潤滑される。

密閉容器１０は、設置面に対して垂直な状態で支持脚１５に固定されている。密閉型圧縮機１は、通常、大地等の水平面上に設置される。すなわち、密閉容器１０は、通常、鉛直方向に沿って固定されて設置される。

図２は、本発明の実施の形態に係る密閉型圧縮機の圧縮機構部を示す平面図である。図２は、圧縮機構部２０の構成を概念的に示している。図２において、クランクシャフト２４は省略され、その軸芯が符号２４Ａで示されている。また、一部の部材は切り欠かれており内部の構造が示されている。圧縮機構部２０は、ベーン２７と、バネ２８と、収容器２９とを有している。バネ２８は、例えば圧縮コイルバネである。ベーン２７は矩形の薄板状の部材である。ベーン２７は、シリンダ２１において径方向に形成されているスリット２１Ａ内に、径方向に沿って摺動可能に設けられている。ベーン２７のシリンダ２１内に位置する端部２６Ａは、ローリングピストン２５の外周面に摺動可能に当接している。ベーン２７は、圧縮室２６を高圧領域と低圧領域を区画するものであり、高圧領域と低圧領域を遮断している。

収容器２９は円筒状の部材であり、図１に示すように、密閉容器１０の胴部に固定されている。収容器２９の内部には、バネ２８が収容されている。収容器２９の両端部のうちの一方の端部である第１端部２９Ａは密閉容器１０の外方に位置し、収容器２９の両端部のうちの他方の端部である第２端部２９Ｂはシリンダ２１の筒部の内部に位置している。すなわち、収容器２９は、第２端部２９Ｂがクランクシャフト２４の軸芯２４Ａ側に位置し、収容器２９の軸芯がシリンダ２１の径方向に沿うよう配置されている。バネ２８は、ベーン２７に対し径方向に沿ってクランクシャフト２４の軸芯２４Ａへ向かう方向へ付勢力を与えている。

図３は、本発明の実施の形態に係る収容器の構成を示す図である。第１端部２９Ａには底面２９１が設けられ、底面２９１により第１端部２９Ａは閉塞している。第２端部２９Ｂは開口している。収容器２９は、第２端部２９Ｂとスリット２１Ａを介して、圧縮室２６と連通している。収容器２９の内径は、バネ２８の外径よりも大きい。底面２９１には、バネ２８の座巻が接触している。底面２９１には、環状の溝２９２が形成されている。溝２９２は、中心が収容器２９の軸芯２９Ｃと一致するよう形成されている。溝２９２の外径はバネ２８の座巻の径よりも大きく、溝２９２の幅はバネ２８の線径よりも大きい。バネ２８の両端の座巻のうちクランクシャフト２４の軸芯２４Ａと反対側の座巻が、溝２９２内に配置されている。

また、収容器２９は脆弱部２９３を備える。脆弱部２９３は、溝２９２が形成されていることにより、収容器２９の軸芯２９Ｃに沿った方向における厚さが底面２９１の他の部分よりも薄くなっている薄肉部分である。上述のように、第２端部２９Ｂはクランクシャフト２４の軸芯２４Ａ側に位置し、収容器２９はシリンダ２１の径方向に沿っている。すなわち、脆弱部２９３は、クランクシャフト２４の軸芯２４Ａから密閉容器１０の外方へ向かう方向の厚さが、底面２９１の他の部分よりも薄くなっている薄肉部分である。従って、脆弱部２９３は、シリンダ２１の径方向に沿って、クランクシャフト２４の軸芯２４Ａからシリンダ２１の外方へ向く外力に対する強度が底面２９１の他の部分に比べ弱い箇所である。尚、脆弱部２９３の、収容器２９の軸芯２９Ｃに沿った方向における厚さは、密閉容器１０における目標の圧力限界値に基づいて決定される。

上述のように、収容器２９の第１端部２９Ａは密閉容器１０の外方に位置している。すなわち、クランクシャフト２４の軸芯２４Ａから収容器２９の脆弱部２９３までのシリンダ２１の径方向に沿った長さが、軸芯２４Ａから密閉容器１０の外周面までのシリンダ２１の径方向に沿った長さよりも短くならないよう、収容器２９は位置決めされている。

ここで、密閉型圧縮機１の動作について説明する。冷凍サイクルの低圧側である蒸発器側と接続された吸入管１２から、気液分離器１３を介して、シリンダ２１内に冷媒ガスが吸入される。吸入された冷媒ガスが、クランクシャフト２４の偏芯部の回転により偏芯運動するローリングピストン２５により、圧縮室２６で圧縮され、低圧低温の吸入ガスから高圧高温の吐出ガスに圧縮される。この高温となった吐出ガスは密閉容器１０の内部に放出され、吐出管１４から冷凍サイクルの凝縮器へ送り出される。

密閉容器１０の底部に貯留されている冷凍機油１１は、密閉型圧縮機１の設置面を底面とした場合の、ローリングピストン２５の遠心方向の内部を介して、圧縮室２６内に供給される。冷凍機油１１は、圧縮室２６内にて高圧となった冷媒ガスと混合され、密閉容器１０の中に吐出された際にはミスト状となっている。

冷凍サイクル設置時の配管接続不良、または冷凍サイクル運転後の低圧側配管の損傷などの原因により、冷凍サイクル吸入側にて冷凍サイクルの外部から空気が混入した場合、その空気は圧縮室２６内に吸入されて圧縮される。空気が圧縮されて、そこに所定の濃度のミスト状の冷凍機油１１が存在した場合、その濃度および周囲温度条件によっては、燃焼と非常に速い速度での圧力の異常上昇が引き起こされる。

圧縮室２６内でこのような現象が起こると、圧縮室２６内のガスは非常に速い速度で急膨張する。このとき、バネ２８の収容器２９の底面２９１には上述の脆弱部２９３が形成されている。そのため、圧縮室２６が密閉容器内の設計圧力以上の圧力場を形成した場合、収容器２９の脆弱部２９３の低剛性により優先的に破断される。

本実施の形態の効果について説明する。上述のように圧縮室２６内に吸入されたことに起因して圧縮室２６内のガスが非常に速い速度で急膨張すると、通常の冷媒ガスを排出する吐出経路ではこの急膨張した燃焼ガスを逃がすことができない。そのため、圧縮室２６内の圧力が異常に上昇し、圧縮機構部２０の最も強度の小さい部分が損傷してしまう。これに対し、本実施の形態によれば、収容器２９の底面２９１の脆弱部２９３の低剛性により、圧縮機構部２０の他の構成要素より優先的に底面２９１が破断される。従って、圧縮室２６内のガスが非常に速い速度で急膨張する場合、密閉容器１０内の高圧空間の密閉状態が解消され、圧力の上昇を防ぐことができる。

また、収容器２９はバネ２８を収容している。そして、バネ２８は、上述のようにローリングピストン２５の偏芯回転に対する追従性をベーン２７に与え、圧縮室２６を低圧領域と高圧領域とを隔てることで圧縮機機構を成立させている部材である。収容器２９の脆弱部２９３の破断により、バネ２８のクランクシャフト２４の軸芯２４Ａと反対側の座巻と接している底面２９１が一部あるいは全体的に失われる。これにより、バネ２８のクランクシャフト２４の軸芯２４Ａと反対側の座巻が支持面を失い、バネとしての機能が失われる。バネ２８のベーン２７に対する付勢力が解除される。そのため、圧縮室２６を低圧領域と高圧領域とに隔てるベーン２７の機能が失われる。バネ２８の付勢力の喪失に伴いベーン２７の追従性が失われるため、制御によらずに密閉容器１０内の圧力上昇を防ぐことができる。

以上のように、圧縮機構部２０内が一定の圧力異常になると収容器２９の脆弱部２９３が破断し、圧縮機構部２０の密閉性の解消により圧力上昇が防止される。それと共に、バネ２８の付勢力の喪失によりベーン２７の圧縮室２６の圧縮機構部２０の低圧領域と高圧領域とを隔てる機能が失われる。従って、密閉容器１０内の圧力の異常上昇発生時に密閉型圧縮機１の圧縮機能を停止することができる。

尚、本実施の形態では、収容器２９の第１端部２９Ａが密閉容器１０の外方に位置しており、底面２９１及び脆弱部２９３が密閉容器１０の外方に位置しており、収容器２９は密閉容器１０から突出しているが、これに限るものではない。例えば、底面２９１の外周面と密閉容器１０の外周面とが面一となるよう、収容器２９は位置決めされていてもよい。

１密閉型圧縮機、１０密閉容器、１１冷凍機油、１２吸入管、１３気液分離器、１４吐出管、１５支持脚、２０圧縮機構部、２１シリンダ、２２フレーム、２３シリンダヘッド、２４クランクシャフト、２４Ａ軸芯、２５ローリングピストン、２６圧縮室、２６Ａ端部、２７ベーン、２８バネ、２９収容器、２９Ａ第１端部、２９Ｂ第２端部、２９Ｃ軸芯、３０電動機、３１固定子、３２回転子、２９１底面、２９２溝、２９３脆弱部。

Claims

密閉容器と、前記密閉容器に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記密閉容器に収容され、前記圧縮機構部を駆動する電動機とを有し、
前記圧縮機構部は、中空のシリンダと、前記電動機により回転するクランクシャフトと、前記クランクシャフトの偏芯軸に嵌合し、前記シリンダの内周面に沿って偏芯回転するローリングピストンと、前記シリンダの内周面と前記ローリングピストンの外周面とで形成される冷媒の圧縮室を高圧領域と低圧領域とに区画するベーンと、前記ローリングピストンの偏芯回転に追従するよう前記ベーンを前記ローリングピストンの外周面に付勢するバネとを有する密閉型圧縮機であって、
前記密閉容器の胴部に設けられ、前記バネを収容する収容器を備え、
前記収容器は、円筒状の部材であり、前記収容器の両端部のうちの一方の端部には底面が設けられ、前記底面により前記一方の端部は閉塞し、前記収容器の両端部のうちの他方の端部は開口し、かつ前記圧縮室と連通しており、
前記収容器は、前記クランクシャフトの軸芯から前記密閉容器の外方へ向かう外力に対する強度が前記密閉容器よりも低い脆弱部を、前記底面に有しており、
前記収容器は、前記他方の端部が前記クランクシャフトの軸芯側に位置し、前記収容器の軸芯が前記シリンダの径方向に沿うよう配置されており、
前記クランクシャフトの軸芯から前記脆弱部までの前記シリンダの径方向に沿った長さが、前記クランクシャフトの軸芯から前記密閉容器の外周面までの前記シリンダの径方向に沿った長さよりも短くならないよう、前記収容器は位置決めされている密閉型圧縮機。
前記脆弱部は、前記底面において環状に形成された溝により形成されている請求項１に記載の密閉型圧縮機。
前記バネの座巻は前記溝に配置されている請求項２に記載の密閉型圧縮機。