JP6978336B2 - 多気筒回転式圧縮機と多気筒回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、多気筒回転式圧縮機と冷凍サイクル装置に関する。

従来、アキュムレータ内の吸入管の上部にストレーナが設けられている。これはアキュムレータに流入した液状の冷媒が含むオイルや不純物を濾すためのものであり、濾過された液冷媒はアキュムレータ下部に溜まるようになっている。

特開平４−３５０４７９号公報

しかしながら、上記構造ではストレーナを通過した液冷媒が吸込管に流入する虞があり、流入した液冷媒が圧縮機のシリンダで圧縮されると所謂液圧縮が起こり、圧縮機の破損の原因となっていた。

本発明が解決しようとする課題は、信頼性の高いロータリー圧縮機を提供することである。

上記の課題を解決するため本発明の実施形態に係るロータリー圧縮機は、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、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たアキュムレータを有し、前記アキュムレータは、密閉容器と、該密閉容器内に開口を有する筒状の内容器と、該内容器の上部を覆いその周方向に複数の連通孔を有する仕切り板と、前記アキュムレータの密閉容器の底部及び前記内容器の底部を貫通して設けられ、一端が前記内容器内に開口し、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、を有する。前記仕切り板の前記連通孔は前記内容器の開口の投影面よりも外側にある。前記上部吸入管は前記内容器の下端部からの突出高さが前記下部吸入管の前記内容 器の下端部からの突出高さよりも大きく形成され、前記上部吸入管と下部吸入管の長さが 等しくされている。

本実施形態における、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。 （ａ）本実施形態における、仕切り板と内容器の位置関係を表したアキュムレータの一部拡大断面図である。（ｂ）本実施形態における、仕切り板の上面図である。（ｃ）本実施形態における、連通孔の断面図である。 本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。

以下、本発明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放熱器である凝縮器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吸熱器である蒸発器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、円筒状の密閉容器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の密閉容器１４の底部を貫通して設けられている。

アキュムレータ３の密閉容器１４内には内容器２６が設けられている。この内容器２６は略筒状体で、上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂを覆っている。内容器２６はその上端に開口２７を有しており、内容器２６の上部は開口２７に向って径が徐々に絞られている形状となっている。また内容器２６の開口２７は密閉容器１４内の空間部と連通しているが、内容器２６の下端部２８は密閉容器１４とは連通していない。内容器２６は、後述する仕切り板２９を通過した液冷媒が上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂに入らないようにするための傘の役割を果たしている。

圧縮機２から延出した上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂは、アキュムレータ３の密閉容器１４の底部を貫通し、さらに内容器２６の下端部２８を貫通している。したがって内容器２６は上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂで固定されている。ここで上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂは内容器２６内に開口している。そして、上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂは内容器２６の下端部２８からの突出高さが異なる。好適には図１で示すように下部吸入管２４ｂのアキュムレータ３側の端部は内容器２６の下端部２８と面一であることが好ましい。これは内容器２６内に混入したミスト状の潤滑油１３が内容器２６の底部に溜まることなく、圧縮機２に戻すことができるためである。尚、上部吸入管２４ａのアキュムレータ３側の端部が内容器２６の下端部２８と面一であっても同様の効果が得られる。

アキュムレータ３の密閉容器１４内の上方には仕切り板２９が設けられている。仕切り板２９は外観略円盤状の板状部材であり、その外径は密閉容器１４の内径よりも僅かに大きい。これは、仕切り板２９を密閉容器１４に圧入するためである。このように密閉容器１４に圧入された仕切り板２９は、最終的にはロウ付けされ密閉容器１４内に固定される。また仕切り板２９の上方にはフィルタ３２が設けられている。フィルタ３２は略半円状の目の荒い金網で仕切り板２９を覆うように構成され、アキュムレータ３に流入した大きなゴミを除去する。

図２（ｂ）に示すように、仕切り板２９には、その中心から略等距離の位置に連通孔３０ａ、３０ｂが周方向に沿って複数設けられている。連通孔３０ａ、３０ｂはアキュムレータ３に戻ってきた液冷媒や潤滑油１３を分離・通過させるための孔である。連通孔３０ａは円形の孔である。また、連通孔３０ｂは図２（ｃ）のような断面形状で、連通孔３０ｂに流入した液冷媒や潤滑油１３が密閉容器１４の側面に向って流れるように指向性を持たせるような形状となっている。

内容器２６の開口２７と仕切り板２９の連通孔３０ａ、３０ｂの位置関係について説明する。連通孔３０ａ、３０ｂの中心に最も近い位置をそれぞれ結んだ内接円の直径をφＤ１、内容器２６の開口２７の内径をφＤ２とする。この時、φＤ１とφＤ２の関係はφＤ１≧φＤ２となっている。したがって、仕切り板２９の連通孔３０ａ、３０ｂは内容器２６の開口２７の投影面よりも外側にある。このように構成することで、アキュムレータ３に冷媒が液戻りした際に、内容器２６内部に液冷媒が流入することを抑止でき、圧縮機２が液冷媒を圧縮するリスクを回避でき、信頼性の高い圧縮機２を提供することが可能となる。

また内容器２６の開口２７の内径断面積は、上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂの２本の内径断面積の和よりも大きい。これは圧縮機２に上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂから吸気される際に、２本の断面積の和よりも内容器２６の開口２７の内径断面積が小さいと吸気抵抗になり圧力損失が発生するためである。

上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂの内容器２６の下端部２８から密閉容器１４の底部にかけての間には、油戻し穴３１が設けられている。これは密閉容器１４内に溜まった液冷媒及び潤滑油１３を少しずつ圧縮機２に戻すための穴である。

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内の内容器２６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（ｍ３）
Ａ：吸入管の断面積（ｍ２） 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３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。好適には、上述のように上部・下部吸入管２４ａ、２４ｂは等長であることが好ましいが、必ずしもＬ１とＬ２の長さは同じである必要はない。

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。

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、１４…密閉容器、２４ａ…上部吸入管、２４ｂ…下部吸入管、２６…内容器、２７…内容器の開口、２８…内容器の下端部、２９…仕切り板、３０ａ、３０ｂ…連通孔、３１…油戻し穴

Claims (5)

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たアキュムレータを有し、
   前記アキュムレータは、密閉容器と、該密閉容器内に開口を有する筒状の内容器と、該内容器の上部を覆いその周方向に複数の連通孔を有する仕切り板と、
   前記アキュムレータの密閉容器の底部及び前記内容器の底部を貫通して設けられ、一端が前記内容器内に開口し、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、
   前記仕切り板の前記連通孔は前記内容器の開口の投影面よりも外側にあり、
   前記上部吸入管は前記内容器の下端部からの突出高さが前記下部吸入管の前記内容器の下 端部からの突出高さよりも大きく形成され、前記上部吸入管と下部吸入管の長さが等しく されていることを特徴とする多気筒回転式圧縮機。
2. 前記内容器は、該内容器の下端部よりも開口の径が小さい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. 前記下部吸入管の開口は前記内容器の下端部にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多気筒回転式圧縮機。
4. 前記内容器の開口の内径断面積は、前記上部・下部吸入管の２本の内径断面積を合わせた面積よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３に記載の多気筒回転式圧縮機。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の多気筒回転式圧縮機と、前記多気筒回転圧縮機に接続される放熱器と、前記放熱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圧縮機との間に接続される吸熱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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