JP7003319B1 - 圧縮機および熱交換システム - Google Patents

Abstract

【課題】 吐出弁を開くのに十分な噴流力を確保して圧力損失を小さくできる圧縮機および熱交換システムを提供すること。【解決手段】 圧縮機は、複数の圧縮機構の各々が、冷媒の吸込経路を有するシリンダ６０と、回転軸の回転により偏心して回転するローラ６２と、ローラ６２の外周面に当接してシリンダ６０内を２つの空間に分離するベーン６３と、軸受吐出ポート８０を有する軸受と、軸受吐出ポート８０を塞ぐように設けられ、ローラ６２の回転により圧縮された冷媒により持ち上げられて該冷媒を吐出させる吐出弁と、仕切板吐出ポート８１を有する仕切板６８と、仕切板吐出ポート８１を塞ぐように設けられ、ローラ６２の回転により圧縮された冷媒により持ち上げられて該冷媒を吐出させる吐出弁とを含む。軸受吐出ポート８０および仕切板吐出ポート８１の軸方向に対して垂直方向における各位置が一定の距離以上ずれている。【選択図】 図６

Description

本発明は、複数の圧縮機構を有する圧縮機および熱交換システムに関する。

空気調和装置等の熱交換システムには、冷媒を圧縮し、系内を循環させるための圧縮機として、ロータリ圧縮機が用いられる。ロータリ圧縮機は、圧縮機構として、中空の筒状体（シリンダ）と、シリンダ内を回転運動する回転体（ローラ）とを含み、シリンダ内をローラが回転運動することによりシリンダ内に取り込んだ冷媒ガスを圧縮する。

ロータリ圧縮機には、２つの圧縮機構を有するものがあり、１つのシリンダの上側を主軸受、下側を仕切板により密閉して１つの圧縮室を形成し、もう１つのシリンダの上側を当該仕切板、下側を下軸受により密閉してもう１つの圧縮室を形成する。この場合、各圧縮室において圧縮された冷媒ガスは、主軸受および下軸受にそれぞれ設けられた各吐出経路を通して吐出される。

圧縮機のサイズをそれほど大きくせず、圧縮機の吐出量を増加させて大容量化したい場合、吐出経路を拡大するべく、吐出経路の穴の断面積を大きくすることができる。しかしながら、単純に１つの穴の断面積を大きくすると、吐出経路に設けられる吐出弁が圧縮室内外の差圧により圧縮室内へ押される際の応力が増大して変形し、信頼性が低下してしまう。

そこで、上下の圧縮室を仕切る仕切板にも吐出経路を設け、１つの圧縮室につき２つの吐出経路を備えた圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この圧縮機では、ローラを回転させる回転軸を中心とし、その中心とローラがシリンダ壁面に接触している位置とを結ぶ直線と、ローラに接触して圧縮室を２つに仕切るベーンが延びる方向とのなす角をクランク角度とし、仕切板に設けた吐出経路が、主軸受および下軸受に設けた吐出経路とほぼ同じクランク角度３５０°近傍に設けられている。

特許第６０２２２４７号公報

各吐出経路に設けられた吐出弁は、吐出経路へ流入した冷媒ガスの噴流力により開く。クランク角度が３５０°に近づくにつれて、圧縮室に連続する吐出経路の穴がローラによって閉鎖されていき、次第に流量が低下していくが、１つの圧縮室につき１つの吐出経路を設けた構成では、クランク角度が２７０°を超えた場合においても十分な噴流力を得ることができる。

しかしながら、従来の上記技術では、ローラが１回転する中で一様に２つの吐出経路へ分配され、１つの吐出経路当たりの流量が低下するため、クランク角度が２７０°を超えると、吐出弁を開くのに十分な噴流力が得られず、小さな隙間から吐出されることになり、圧力損失が大きくなるという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑み、複数の圧縮機構を有する圧縮機であって、
各圧縮機構は、
冷媒を吸込むための吸込経路を有する中空の筒状体と、
筒状体内の中心に配置される回転軸の回転により偏心して回転する回転体と、
回転体の外周面に当接して筒状体内を２つの空間に分離する分離手段と、
第１の吐出経路を有し、回転軸の軸方向の筒状体の一端を覆う第１の被覆部材と、
第１の吐出経路を塞ぐように設けられ、回転体の回転により圧縮された冷媒により持ち上げられて該冷媒を吐出させる第１の吐出弁と、
第２の吐出経路を有し、回転軸の軸方向の筒状体の他端を覆う第２の被覆部材と、
第２の吐出経路を塞ぐように設けられ、回転体の回転により圧縮された冷媒により持ち上げられて該冷媒を吐出させる第２の吐出弁と
を含み、
第１の吐出経路および第２の吐出経路の軸方向に対して垂直方向における各位置が一定の距離以上ずれていることを特徴とする、圧縮機が提供される。

本発明によれば、吐出弁を開くのに十分な噴流力を確保して圧力損失を小さくすることができる圧縮機および熱交換システムを提供できる。

熱交換システムの一例である空気調和装置の構成例を示した図。 空気調和装置の冷媒回路について説明する図。 室外機が備える圧縮機の主要な構成要素を示した図。 電動機の構成例を示した図。 圧縮機構の構成例を示した図。 圧縮機の第１の構成例を示した図。 仕切板に設ける吐出経路の穴の位置を変えた場合のバルブ挙動を示した図。 圧縮機の第２の構成例を示した図。 圧縮機の第３の構成例を示した図。 圧縮機の第４の構成例を示した図。 圧縮機の第５の構成例を示した図。

本実施形態に係る熱交換システムは、流体を冷媒と熱交換させるシステムであり、密閉された系内に冷媒を循環させ、取り込んだ流体を、循環する冷媒と熱交換させることにより加熱または冷却して排出するシステムである。流体は、空気等の気体であってもよいし、水や溶液等の液体であってもよい。熱交換システムは、系内の冷媒を加熱し、冷却するべく、圧縮機、熱交換器、膨張弁を備える。このような圧縮機、熱交換器、膨張弁を備える熱交換システムとしては、例えば空気調和装置、チラー（冷却水循環装置）、冷凍機等を挙げることができる。

図１は、空気調和装置の構成例を示した図である。ここでは、熱交換システムを空気調和装置として説明する。空気調和装置１０は、空気調和を行う空間内（室内）に設置される室内機１１と、室外に設置される室外機１２と、利用者によって操作されるリモコン１３とを含み、室内機１１と室外機１２との間で、冷媒を循環させ、室内の空気と熱交換させることにより空気調和を行う。このため、室内機１１と室外機１２は、冷媒を循環させるための２本の冷媒配管１４、１５により接続されている。

室内機１１および室外機１２は、それぞれ２台以上で構成されていてもよく、室内機１１は、１台の室外機１２に対し、２台以上接続されていてもよい。冷媒としては、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）を使用することができ、ＨＦＣの種類としては、Ｒ－４１０Ａ、Ｒ－３２等を挙げることができる。

室内機１１は、リモコン１３との間で赤外線等を使用した無線通信を行い、運転指令、停止指令、設定温度の変更指令、運転モードの変更指令等の種々の信号を受信する。室内機１１は、室外機１２と通信線を介して接続され、室外機１２と協働して室内の空気調和を行う。

室内機１１は、リモコン１３からの運転指令を受信して起動し、室外機１２に対し、起動を指示する。室外機１２は、起動後、室内の温度が設定温度になるように、圧縮機の回転数や膨張弁の開度等を調整し、冷媒の循環量等を制御する。

図２を参照して、空気調和装置１０の冷媒回路について簡単に説明する。図２に示す矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを示し、冷房運転時の動作を中心に説明する。なお、暖房運転時は、冷媒の流れの向きが逆向きになる。

室内機１１は、室内熱交換器２０と、室内ファン２１と、室内ファン用駆動モータ２２とを備える。室内ファン２１は、室内ファン用駆動モータ２２により駆動し、室内の空気を取り込み、室内熱交換器２０へ送り込む。室内熱交換器２０は、内部に冷媒が流通する伝熱管を有し、送り込まれた空気が伝熱管の表面に接触して熱交換を行うように構成されている。室内熱交換器２０により熱交換された空気は、室内へ排出される。

室内機１１は、そのほか、室内温度等を計測するための各種センサや膨張弁等を備えることができる。

室外機１２は、圧縮機３０と、アキュームレータ３１と、四方弁３２と、膨張弁３３と、室外熱交換器３４と、室外ファン３５と、室外ファン用駆動モータ３６とを備える。圧縮機３０は、圧縮機用駆動モータにより駆動し、低圧のガス冷媒を圧縮し、高圧のガス冷媒として吐出する。アキュームレータ３１は、過渡時の液戻りを貯留するための容器で、冷媒を適度な乾き度に調整する。乾き度は、蒸気と微小液滴との混合状態を示す湿り蒸気中における蒸気の占める割合である。

四方弁３２は、空気調和装置１０の運転状態（運転モード）に応じて、冷媒の流路を切り替える弁である。運転モードは、冷房モード、暖房モード、送風モード等である。膨張弁３３は、高圧の冷媒を減圧し、膨張させる弁である。室外ファン３５は、室外ファン用駆動モータ３６により駆動し、室外の空気を取り込み、室外熱交換器３４へ送り込む。室外熱交換器３４は、室内熱交換器２０と同様、内部に冷媒が流通する伝熱管を有し、送り込まれた空気が伝熱管の表面に接触して熱交換を行うように構成されている。室外熱交換器３４により熱交換された空気は、室外へ排出される。

室外機１２は、制御装置３７を備えている。制御装置３７は、圧縮機３０、四方弁３２、膨張弁３３、室内ファン用駆動モータ２２、室外ファン用駆動モータ３６と接続され、これらの制御を行う。具体的には、圧縮機３０の回転数、膨張弁３３の開度、室内ファン用駆動モータ２２および室外ファン用駆動モータ３６の回転数等の制御である。これらを制御するため、室外機１２にも、各種センサが取り付けられる。制御装置３７は、各種センサにより検出された情報に基づき、これらの制御を行う。

冷房運転時は、室内熱交換器２０を蒸発器とし、室外熱交換器３４を凝縮器として利用する。このため、制御装置３７は、矢印に示すように、圧縮機３０、室外熱交換器３４、膨張弁３３、室内熱交換器２０、四方弁３２、アキュームレータ３１、圧縮機３０の順で系内に封入された冷媒を循環させる。

圧縮機３０は、低温低圧のガス状態の冷媒（冷媒ガス）を圧縮し、高温高圧の冷媒ガスとして吐出する。室外熱交換器３４は、室外の空気と熱交換を行い、冷媒ガスを冷却して凝縮させる。膨張弁３３は、冷媒を減圧して一部を気化させる。このため、冷媒は、気液が混合した状態で室内機１１へ供給される。膨張弁３３は、適度な液体の量になるように制御装置３７により開度が調整される。

室内熱交換器２０は、室内の空気と熱交換を行い、凝縮した液体の冷媒が全て気化し、冷媒ガスとして室外機１２へ戻す。室内熱交換器２０から戻された冷媒ガスは、四方弁３２を通してアキュームレータ３１へ送られ、圧縮機３０へ戻される。

制御装置３７は、室外機１２に実装されるが、これに限られるものではなく、室内機１１に実装されてもよいし、その他の中央制御盤等に実装されていてもよい。

熱交換システムは、圧縮機３０として、ロータリ圧縮機を採用することができる。ロータリ圧縮機は、冷媒を吸込むための吸込経路を有する中空の筒状体（シリンダ）と、シリンダ内の中心に配置される回転軸の回転により偏心して回転する回転体（ローラ）との組み合わせにより、冷媒を圧縮する圧縮機である。

図３を参照して、室外機１２が備える圧縮機３０の主要な構成要素について説明する。圧縮機３０は、中空円筒状のケース４０と、ケース４０の上部を覆う上部キャップ４１と、ケース４０の下部を覆う下部キャップ４２とを含み、これらにより密閉空間を形成する。ケース４０には、吸込パイプ４３が設けられ、シール材４４を介してアキュームレータ３１と接続され、冷房運転時にアキュームレータ３１から冷媒ガスを吸込むように構成されている。上部キャップ４１には、吐出パイプ４５が設けられ、冷房運転時に圧縮機３０により圧縮された冷媒ガスを室外熱交換器３４へ供給することができるように構成されている。

ケース４０、上部キャップ４１、下部キャップ４２により密閉された空間内には、圧縮機３０を構成する電動機４６と圧縮機構４７が収容されており、電動機４６により駆動する圧縮機構４７により冷媒ガスを吸込み、圧縮する。この例では、圧縮機構４７が、上下に２段に設けられており、圧縮された冷媒ガスは、電動機４６と上段の圧縮機構４７との間の空間および下段の圧縮機構４７と下部キャップ４２との間の空間へ吐出され、圧縮機構４７および電動機４６とケース４０との隙間を通して電動機４６と上部キャップ４１との間の空間へ送られ、上部キャップ４１に設けられた吐出パイプ４５から吐出される。

図４を参照して、電動機４６の構成について詳細に説明する。電動機４６は、固定子（ステータ）５０と、回転子（ロータ）５１とを含む。ステータ５０は、コイルを有し、コイルには、電流を供給するためのコード５２が接続されている。ロータ５１は、永久磁石等であり、コイルに電流が流れることにより回転する。

ロータ５１には、中央に所定の径の穴が形成されており、回転軸５３を挿入して取り付けることができるようになっている。回転軸５３の外周部には、ローラを偏心して回転させることができるように偏心カム５４が設けられている。ここでは、圧縮機構４７が２段に設けられ、２段にローラを有することから、偏心カム５４が２段に設けられている。

回転軸５３は、下端から軸方向に延びる空洞を有し、空洞内には、下部キャップ４２と下段の圧縮機構４７との間に充填される冷凍機油をくみ上げ、シリンダとローラとの間等の摺動部分に供給するためのパドル５５と給油ピース５６とが設けられている。冷凍機油は、高い潤滑性を有し、摺動部分の摩耗を低減するために供給される。また、冷凍機油は、圧縮機構４７から冷媒ガスとともに吐出されるため、貯留される下部キャップ４２上へ戻す必要があり、ある程度冷媒に溶け合う性質（冷媒相溶性）を有している。なお、圧縮機構４７上へ冷媒ガスとともに吐出された冷凍機油は、ミスト状であり、傾斜する圧縮機構４７上に落下し、その傾斜面を流れ、圧縮機構４７の縁部に設けられた下部キャップ４２へ向けて連通する排出孔を通して落下し、下部キャップ４２上へと戻される。

図５を参照して、圧縮機構４７の構成について詳細に説明する。図５は、圧縮機構４７が２段に設けられた例を示した図である。上段の圧縮機構は、上段シリンダ６０と、主軸受６１と、ローラ６２と、ベーン６３と、スプリング６４と、吐出弁６５と、吐出弁保持器（リテーナ）６６と、上段吐出キャップ６７と、仕切板６８とから構成される。

下段の圧縮機構は、下段シリンダ７０と、下軸受７１と、ローラ７２と、ベーン７３と、スプリング７４と、吐出弁７５と、リテーナ７６と、下段吐出キャップ７７と、仕切板６８とから構成される。なお、仕切板６８は、上段と下段を仕切る部材であるため、両方の圧縮機構に共通に使用される。下段の圧縮機構の構成は、上段の圧縮機構の構成と同様であり、動作も同様であるため、ここでは上段の圧縮機構についてのみ説明する。

上段シリンダ６０は、中空の筒状体で、分離手段として機能するベーン６３およびスプリング６４を収容する溝および穴を有する。上段シリンダ６０の内部には、中空円筒形のローラ６２が収容される。ベーン６３は、一端がローラ６２の外周面に当接し、他端がスプリング６４と係合し、スプリング６４によりローラ６２に押し付けられた状態を維持する。スプリング６４は、一端がベーン６３の他端と係合し、他端がケース４０の内面に当接する形で設置される。

ローラ６２には、回転軸５３の偏心カム５４が挿入される。ローラ６２は、回転軸５３の回転により上段シリンダ６０内を偏心して回転する。ベーン６３は、ローラ６２の外周面に当接した状態を維持しながら、上段シリンダ６０内を２つの空間に分離する。上段シリンダ６０には、ベーン６３により分離された２つの空間のうちの１つに連続する吸込経路が設けられ、吸込パイプ４３から吸い込まれた冷媒ガスが供給される。

主軸受６１は、下軸受７１とともに回転軸５３に回転可能に支持される。主軸受６１は、上段シリンダ６０の回転軸５３の軸方向の一方を覆い、圧縮した冷媒ガスを吐出するための吐出経路を有する。吐出弁６５は、吐出経路に設けられ、冷媒ガスの噴流力により持ち上げられ、その隙間を通して主軸受６１上の空間に吐出される。上段吐出キャップ６７は、主軸受６１上に配置され、吐出される冷媒ガスが発する音を消音するためのサイレンサとして機能する。冷媒ガスの噴流力により持ち上げられた吐出弁６５は、変形しないようにリテーナ６６により形状が保持される。吐出弁６５は、リテーナ６６により、冷媒ガスの噴流力が低下した場合に再び元の位置に戻り、吐出経路を塞ぐことができる。

仕切板６８は、上段シリンダ６０の回転軸５３の軸方向の他方を覆い、圧縮した冷媒ガスを吐出するための吐出経路を有する。この吐出経路にも、吐出弁、リテーナが設けられ、吐出弁は、冷媒ガスの噴流力により持ち上げられ、その隙間を通して仕切板６８内に設けられた空間へ吐出される。仕切板６８内に設けられた空間は、上段シリンダ６０の縁部にボルト穴とともに設けられる排出経路へと繋がっており、排出経路を通して上段シリンダ６０と上段吐出キャップ６７との間の空間に排出される。

これまで主軸受６１と仕切板６８、下軸受７１と仕切板６８の両方に吐出経路を設けること、すなわち１つの圧縮室につき２つの吐出経路を設けることについて説明してきたが、２つの吐出経路を設ける位置について、以下に説明する。

図６は、圧縮機の第１の構成例を示した図である。図６（ａ）は、図３～図５を参照して説明した圧縮機３０の構成を示した図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）中、切断線Ａ－Ａで切断した断面図である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）中、切断線Ｂ－Ｂで切断した断面図であり、図６（ｄ）は、図６（ｃ）中、領域Ｃで示される部分を拡大して示した図である。

図６（ｂ）に示すように、上段シリンダ６０内には、ローラ６２が偏心して回転し、ローラ６２の外周面にベーン６３の一端が当接している。上段シリンダ６０は、縁部にボルト穴等が設けられ、内部の空間に連続し、ベーン６３を収容する溝を有している。ベーン６３は、一端がローラ６２の外周面に当接した状態を維持しつつ、溝内を摺動する。

図６（ｂ）では、回転軸５３の軸方向に対して垂直な水平方向においてベーン６３が延びる方向をクランク角度０°とし、主軸受６１に設けた吐出経路（第１軸受吐出ポート）８０が、上段シリンダ６０の内面に沿ったクランク角度３５０°近傍の位置に存在している。ちなみに、冷媒ガスの吸込経路は、ベーン６３を挟み、第１軸受吐出ポート８０とは反対側に形成される空間（吸込側の空間）に連続するように形成されている。

図６（ｂ）では、仕切板６８に設けた吐出経路（第１仕切板吐出ポート）８１の回転軸５３の軸方向に対して垂直方向における位置が、第１軸受吐出ポート８０の該垂直方向における位置とは一定の距離以上ずれており、上段シリンダ６０の内面に沿った位置であって、クランク角度２７０°近傍に存在している。

第１仕切板吐出ポート８１は、図６（ｄ）に示すように、仕切板６８内の空間に設けられた流路８２に連続している。仕切板６８には、主軸受６１等と同様、吐出弁８３、８４およびリテーナ８５、８６が設けられる。このため、冷媒ガスの噴流力により吐出弁８３、８４が開くことにより流路８２内へ冷媒ガスが吐出される。流路８２へ吐出された冷媒ガスは、排出経路を通して主軸受６１上の空間へ排出され、さらには電動機４６とケース４０との隙間を通して電動機４６と上部キャップ４１との間の空間へ移動し、吐出パイプ４５から吐出される。

ロータリ圧縮機の吐出ガスの流量は、クランク角度が３６０°に近づくにつれて減少していく。例えば、ローラ６２がクランク角度１８０°の位置に存在するとき、ベーン６３により、吸込経路が存在する低圧側の空間と、第１軸受吐出ポート８０および第１仕切板吐出ポート８１が存在する高圧側の空間とに分離される。ローラ６２は、偏心して回転することにより、上段シリンダ６０の内面にローラ６２の外周面が接触しながらクランク角度１８０°から３６０°へ向けて移動するが、この移動により高圧側の空間が小さくなるため、吐出ガスの流量が減少していく。

クランク角度が１８０°から２７０°といった高圧側の空間が広く、吐出ガスの流量が多い区間では、第１仕切板吐出ポート８１の水平方向位置と、第１軸受吐出ポート８０の水平方向位置がほぼ同じ位置であっても、２つの吐出ポートから吐出させることで、圧力損失低減を図ることができる。

しかしながら、クランク角度が２７０°を超え、高圧側の空間が小さくなり、吐出ガスの流量が少なくなると、２つの吐出ポートに分配されることで、１つの吐出ポート当たりの流量が過小になってしまい、吐出弁６５を押し上げる力が不足し、小さい流路から吐出することになり圧力損失が増大する。圧力損失が増大すると、所望の流量が得られなくなり、性能に影響が及ぶ。

図６（ｂ）に示すように、第１仕切板吐出ポート８１と第１軸受吐出ポート８０とを同軸上に配置せず、その位置をずらすことで、流量が多い区間では、第１軸受吐出ポート８０と第１仕切板吐出ポート８１の２つの吐出ポートから吐出させ、クランク角度が３５０°に近づき、流量が少なくなる区間では、第１軸受吐出ポート８０のみの１つの吐出ポートから吐出させることができる。これにより、流量が過小になり、吐出弁を押し上げる力が不足することを防止することができ、圧力損失の増加を抑制することができる。

具体的に説明すると、第１軸受吐出ポート８０をクランク角度３５０°近傍に設け、第１仕切板吐出ポート８１をクランク角度２７０°近傍に設けるものとする。クランク角度が、例えば２００°の位置にローラ６２が存在する場合、第１仕切板吐出ポート８１をローラ６２により塞いでいないため、第１軸受吐出ポート８０と第１仕切板吐出ポート８１の２つの吐出ポートから吐出させることができる。ローラ６２が２７０°の位置に近づくと、ローラ６２により第１仕切板吐出ポート８１が塞がれていき、２７０°近傍に到達すると、第１仕切板吐出ポート８１が塞がれる。このため、第１軸受吐出ポート８０のみから吐出されるようになる。

その後、ローラ６２の移動により、第１仕切板吐出ポート８１は開いてくるが、低圧側の空間へと連続することとなり、冷媒ガスが低圧であることから、吐出弁を押し上げることができず、冷媒ガスは吐出されない。

図７を参照して、仕切板６８に設ける吐出経路の穴の位置を変えた場合のバルブ挙動について説明する。図７中、左側の図は、第１軸受吐出ポート８０と第１仕切板吐出ポート８１がクランク角度３５０°近傍の同軸上にある場合の例を示した図である。中央の図は、第１軸受吐出ポート８０はクランク角度３５０°近傍にあるが、第１仕切板吐出ポート８１をクランク角度２７０°近傍とし、その位置をずらした場合の例を示した図である。右側の図は、第１軸受吐出ポート８０はクランク角度３５０°近傍にあるが、第１仕切板吐出ポート８１をクランク角度２４０°近傍とし、その位置をずらした場合の例を示した図である。

バルブ挙動は、冷房運転時の吐出弁の挙動として、クランク角度(deg)とリフト量(mm)および流路面積(mm²)との関係を示したものである。各図には、クランク角度に応じた主軸受６１側の吐出弁６５のリフト量、流路面積、仕切板６８側の吐出弁８３のリフト量、流路面積がそれぞれ示されている。また、各図には、２つの流路面積を合計したものも示されている。

左側の図を参照すると、クランク角度が２００°近傍から吐出弁が開き始め、クランク角度が２４０°近傍でリフト量、流路面積が最大となり、クランク角度が３１０°近傍でリフト量、流路面積がほぼ０となり、それ以降、吐出されなくなっている。これは、第１軸受吐出ポート８０と第１仕切板吐出ポート８１の両方がクランク角度３５０°近傍に設けられ、２つの吐出ポートに分配されることで、クランク角度が３１０°以降は１つの吐出ポート当たりの流量が過小になってしまい、吐出弁６５、８３を押し上げる力が不足したためと考えられる。

中央の図を参照すると、クランク角度が２００°近傍から吐出弁が開き始め、クランク角度が２４０°近傍でリフト量、流路面積が最大となっている。しかしながら、クランク角度が２７０°で仕切板６８の第１仕切板吐出ポート８１がローラ６２により塞がれてしまい、リフト量、流路面積が０になっている。

クランク角度が２７０°以降は、主軸受６１の第１軸受吐出ポート８０のみが開いた状態であるため、左側の図のように流量が過小になることはなく、クランク角度が３３０°近傍まで吐出弁６５が開き、冷媒が吐出されている。

右側の図を参照すると、クランク角度が２００°近傍から吐出弁が開き始め、クランク角度が２４０°近傍でリフト量、流路面積が最大となっている。この図に示す例では、クランク角度が２４０°近傍で仕切板６８の第１仕切板吐出ポート８１がローラ６２により塞がれてしまい、リフト量、流路面積が０になっている。

クランク角度が２４０°以降は、主軸受６１の第１軸受吐出ポート８０のみが開いた状態であるため、中央の図に示す例と同様、流量が過小になることはなく、クランク角度が３３０°近傍まで吐出弁６５が開き、冷媒が吐出されている。なお、右側の図に示した例では、中央の図に示した例より第１仕切板吐出ポート８１が早く塞がれる結果、主軸受６１側の吐出弁６５のリフト量、流路面積が最大となる期間が長くなっている。

これらの結果から、第１軸受吐出ポート８０は、従来からの通り、クランク角度３５０°近傍に設け、第１仕切板吐出ポート８１は、第１軸受吐出ポート８０から一定の距離以上ずらして設けることができ、クランク角度２４０°や２７０°の位置に設けることができる。なお、これらの吐出ポートの位置は一例であるため、これらの位置に限定されるものではなく、例えば第１軸受吐出ポート８０は、クランク角度３３０°～３５５°の位置に設けることができ、第１仕切板吐出ポート８１は、クランク角度２２０°～３００°の位置に設けることができる。

ところで、第１仕切板吐出ポート８１へ流入した高温の冷媒ガスは、仕切板６８内の空間に設けられた流路８２を通して最終的にケース４０、上部キャップ４１、下部キャップ４２により構成される密閉ケース内に吐出される。仕切板６８内に流路８２を設ける場合、上段シリンダ６０内の空間や下段シリンダ７０内の空間と流路８２とを仕切る仕切板６８の厚さが、流路８２の部分のみ薄くなる。

流路８２が、例えば上段シリンダ６０のクランク角度０°～１８０°の冷媒ガスの吸込側の空間の下側に設けられている場合、吸込側の空間の冷媒ガスの温度が低いため、流路８２内を流れる高温の冷媒ガスの熱が仕切板６８を介して上段シリンダ６０内の低温の冷媒ガスへ伝熱し、密閉ガス内に吐出される冷媒ガスの温度が低下する。冷媒ガスの温度が低下すると、冷媒ガスが凝縮するおそれがあり、凝縮して滞留すると、冷媒ガスが吐出されなくなってしまう。

そこで、低温の冷媒ガスが存在する吸込側の空間と、仕切板６８内の空間に設けられた流路８２とが回転軸５３の軸方向で重ならないように、流路８２を形成することができる。

図８は、圧縮機の第２の構成例を示した図である。圧縮機３０の主要な構成は、図６（ａ）に示した構成と同様である。図８は、図６（ａ）の切断線Ａ－Ａと同じ位置で切断した断面図である。

図８においてハッチングで示したクランク角度０°～１８０°の範囲は、低温の冷媒ガスが存在する吸込側の空間を示しており、この範囲に仕切板６８内の空間に設けられた流路が回転軸５３の軸方向で重ならないように、クランク角度１８０°～３６０°の範囲に流路８２を設けている。

図８おいて第１仕切板吐出ポート８１を通して下側へ吐出された冷媒ガスは、破線で示される流路８２を通り、上段シリンダ６０の一方の端面から他方の端面へと貫通するボルト穴と並んで設けられた排出経路８７を通して主軸受６１上の空間へ吐出される。

なお、主軸受６１上に吐出された冷媒ガスは高温であるが、吸込側の空間に重なる主軸受６１の部分は、一定の厚さを有し、仕切板６８の流路８２がある部分より十分に厚いため、高温の冷媒ガスの熱が上段シリンダ６０内へ伝わりにくい。主軸受６１上の空間は、仕切板６８内の空間より大きく、仮に上段シリンダ６０内へ熱が伝わったとしても、冷媒ガスの温度が大きく低下することはない。

主軸受６１に設けられる第１軸受吐出ポート８０、下軸受７１に設けられる第２軸受吐出ポート、仕切板６８の上段シリンダ６０内の空間に連続して設けられる第１仕切板吐出ポート８１、仕切板６８の下段シリンダ７０内の空間に連続して設けられる第２仕切板吐出ポートのそれぞれの穴は、いずれも同じ径とすることができる。

しかしながら、同じ径では、第１仕切板吐出ポート８１および第２仕切板吐出ポートから吐出された冷媒ガスは、仕切板６８内の空間に設けられた流路および排出経路８７を通して主軸受６１上の空間へ吐出されるため、圧力損失が生じ、圧力が低下した冷媒ガスの割合が増え、全体として吐出圧が低下する。

そこで、第１仕切板吐出ポート８１および第２仕切板吐出ポートの径を、第１軸受吐出ポート８０および第２軸受吐出ポートの径より小さくすることができる。これにより、第１軸受吐出ポート８０および第２軸受吐出ポートから吐出される冷媒ガスの量が増加し、全体としての吐出圧の低下を抑制することができる。

図９は、圧縮機の第３の構成例を示した図である。圧縮機３０の主要な構成は、図６（ａ）に示した構成と同様である。図９は、図６（ａ）の切断線Ａ－Ａと同じ位置で切断した断面図である。

図９に示すように、第１仕切板吐出ポート８１の径は、第１軸受吐出ポート８０の径より小さくなっている。なお、図示していないが、第２仕切板吐出ポートの径も、第２軸受吐出ポートの径より小さくなっている。第１仕切板吐出ポート８１および第２仕切板吐出ポートの径Ｄ_１は、第１軸受吐出ポート８０および第２軸受吐出ポートの径Ｄ_２より小さければいかなるサイズであってもよいが、例えばＤ_１は０．５Ｄ_２～０．９５Ｄ_２とすることができる。

第１軸受吐出ポート８０、第２軸受吐出ポート、第１仕切板吐出ポート８１、第２仕切板吐出ポートは、任意の径とすることができる。

しかしながら、第１仕切板吐出ポート８１および第２仕切板吐出ポートの径が、ローラ６２の端面の幅、すなわち回転軸５３の軸方向の、ローラ６２の仕切板６８の表裏の平面に接する平坦な平面部の幅より大きいと、ローラ６２によって第１仕切板吐出ポート８１および第２仕切板吐出ポートを完全に塞ぐことができない。

第１仕切板吐出ポート８１および第２仕切板吐出ポートは、上段シリンダ６０および下段シリンダ７０の内面に沿った位置に設けられるため、ローラ６２の端面の幅より大きいと、ローラ６２およびベーン６３により仕切られた吸込側（低圧側）の空間と吐出側（高圧側）の空間が繋がってしまい、所望の圧力に圧縮することができなくなってしまう。

そこで、第１仕切板吐出ポート８１および第２仕切板吐出ポートの径を、ローラ６２の端面の平面部の幅より小さくすることができる。これにより、ローラ６２の移動に伴い、第１仕切板吐出ポート８１および第２仕切板吐出ポートが高圧側の空間に続いて低圧側の空間に露出することになるが、その間、ローラ６２によって完全に閉鎖されるため、両方の空間が繋がることを防止することができる。

図１０は、圧縮機の第４の構成例を示した図である。圧縮機３０の主要な構成は、図６（ａ）に示した構成と同様である。図１０（ａ）は、図６（ａ）の切断線Ａ－Ａと同じ位置で切断した断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中、範囲Ｄで囲まれた部分を拡大して示した図である。

図１０（ｂ）に示すように、第１仕切板吐出ポート８１の径Ｄ_１が、ローラ６２の一方の端面の平面部の幅Ｗより小さくなっている。なお、第２仕切板吐出ポートの径もＤ_１であり、ローラ６２の他方の端面の平面部の幅Ｗより小さくなっている。第１仕切板吐出ポート８１および第２仕切板吐出ポートの径Ｄ_１は、幅Ｗより小さければいかなるサイズであってもよいが、Ｄ_１は、例えば０．５Ｗ～０．９５Ｗとすることができる。

これまで、主軸受６１に第１軸受吐出ポート８０が１つ設けられ、下軸受７１に第２軸受吐出ポートが１つ設けられ、仕切板６８に第１仕切板吐出ポート８１および第２仕切板吐出ポートが設けられることを説明した。しかしながら、これらの吐出ポートの数は、これらの数に限定されるものではない。したがって、主軸受６１に第１軸受吐出ポート８０が２以上設けられていてもよいし、下軸受７１に第２軸受吐出ポートが２以上設けられていてもよい。また、仕切板６８に第１仕切板吐出ポートが２以上設けられていてもよいし、第２仕切板吐出ポートが２以上設けられていてもよい。

図１１は、圧縮機３０の第５の構成例を示した図である。圧縮機３０の主要な構成は、図６（ａ）に示した構成と同様である。図１１（ａ）は、図６（ａ）の切断線Ａ－Ａと同じ位置で切断した断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）中、切断線Ｂ－Ｂで切断した断面図であり、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）中、切断線Ｃ－Ｃで切断した断面図である。

図１１に示す例では、第１軸受吐出ポート８０が１つ、第１仕切板吐出ポート８１が２つ設けられている。第１軸受吐出ポート８０は、クランク角度３５０°近傍に設けられている。第１仕切板吐出ポート８１は、１つが符号８１ａとして、クランク角度２７０°近傍に設けられ、もう１つが符号８１ｂとして、クランク角度３５０°近傍に設けられている。したがって、クランク角度３５０°近傍には、同軸上に第１軸受吐出ポート８０と第１仕切板吐出ポート８１ｂが設けられている。

吐出経路を２つに拡大し、それらを同軸上に設けると、クランク角度が２７０°以降の流量が少ないときに吐出弁を開くのに十分な噴流力が得られないという問題がある。しかしながら、図１１に示す例のように、吐出経路を３つに拡大し、そのうちの２つを同軸上に設けた場合、元々３つの吐出経路から吐出できるだけの十分な流量があるので、単に吐出経路を２つに拡大し、それらを同軸上に設けた場合とは異なり、クランク角度が２７０°以降の流量が減少する場合であっても、吐出弁を開くのに十分な噴流力を確保することができる。

したがって、１の第１軸受吐出ポート８０と、１の第１仕切板吐出ポート８１とが、回転軸５３の軸方向で重ならないようにずれて配置されていれば、他の第１軸受吐出ポート８０と当該１の第１仕切板吐出ポート８１とが、また、当該１の第１軸受吐出ポート８０と他の第１仕切板吐出ポート８１とが同軸上に配置されていてもよい。

このように吐出ポートの数を増やすことで、吐出経路を拡大し、大容量化に対応することが可能となる。

これまでに説明してきたように、吐出経路を拡大するために、２つの吐出ポートを設けることができるが、それらを同軸上に配置するのではなく、位置をずらして配置することで、シリンダ内の高圧側の空間が減少し、吐出流量が少なくなる区間（クランク角度）においても、吐出経路の面積を変化させて所定の噴流力を確保することが可能となる。これにより、圧力損失を抑制し、圧縮機の性能を向上させることができる。

これまで本発明の圧縮機および熱交換システム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…空気調和装置
１１…室内機
１２…室外機
１３…リモコン
２０…室内熱交換器
２１…室内ファン
２２…室内ファン用駆動モータ
３０…圧縮機
３１…アキュームレータ
３２…四方弁
３３…膨張弁
３４…室外熱交換器
３５…室外ファン
３６…室外ファン用駆動モータ
３７…制御装置
４０…ケース
４１…上部キャップ
４２…下部キャップ
４３…吸込パイプ
４４…シール材
４５…吐出パイプ
４６…電動機
４７…圧縮機構
５０…ステータ
５１…ロータ
５２…コード
５３…回転軸
５４…偏心カム
５５…パドル
５６…給油ピース
６０…上段シリンダ
６１…主軸受
６２…ローラ
６３…ベーン
６４…スプリング
６５…吐出弁
６６…リテーナ
６７…上段吐出キャップ
６８…仕切板
７０…下段シリンダ
７１…下軸受
７２…ローラ
７３…ベーン
７４…スプリング
７５…吐出弁
７６…リテーナ
７７…下段吐出キャップ
８０…第１軸受吐出ポート
８１、８１ａ、８１ｂ…第１仕切板吐出ポート
８２…流路
８３、８４…吐出弁
８５、８６…リテーナ
８７…排出経路

Claims (5)

1. ２つの圧縮機構を有する圧縮機であって、
   前記各圧縮機構は、
   冷媒を吸込むための吸込経路を有するシリンダと、
   前記シリンダ内の中心に配置される回転軸の回転により偏心して回転するローラと、
   前記ローラの外周面に当接して前記シリンダ内を２つの空間に分離するベーンと、
   第１の吐出経路を有し、前記回転軸の軸方向の前記シリンダの一端を覆う軸受と、
   前記第１の吐出経路を塞ぐように設けられ、前記ローラの回転により圧縮された冷媒により持ち上げられて該冷媒を吐出させる第１の吐出弁と、
   第２の吐出経路を有し、前記回転軸の軸方向の前記シリンダの他端を覆う仕切板と、
   前記第２の吐出経路を塞ぐように設けられ、前記ローラの回転により圧縮された冷媒により持ち上げられて該冷媒を吐出させる第２の吐出弁と
   を含み、
   前記各圧縮機構の第１の吐出経路は、該各圧縮機構のシリンダの内周面に該各圧縮機構のローラが接する位置に応じて決定されるクランク角度が３３０°～３５５°の位置に設けられ、
   前記各圧縮機構の第２の吐出経路は、前記クランク角度が２２０°～３００°の位置に設けられ、
   前記各圧縮機構の第２の吐出経路の径が、該各圧縮機構の第１の吐出経路の径より小さいことを特徴とする、圧縮機。
2. 前記仕切板は、前記第１の吐出弁および第２の吐出弁から吐出される冷媒が流れる第１の流路および第２の流路を有し、
   前記第１の流路および前記第２の流路は、前記２つの圧縮機構が備える第１のシリンダ内および第２のシリンダ内のそれぞれに形成される２つの空間のうち、各吸込経路に連続する空間に前記軸方向で重ならないように配置される、請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記第１のシリンダ内で回転する第１のローラおよび前記第２のシリンダ内で回転する第２のローラは、前記軸方向に向いた端面を有し、
   前記各圧縮機構の第２の吐出経路の径が、前記各端面の幅より小さいことを特徴とする、請求項２に記載の圧縮機。
4. ２つの圧縮機構を有する圧縮機であって、
   前記各圧縮機構は、
   冷媒を吸込むための吸込経路を有するシリンダと、
   前記シリンダ内の中心に配置される回転軸の回転により偏心して回転するローラと、
   前記ローラの外周面に当接して前記シリンダ内を２つの空間に分離するベーンと、
   １以上の第１の吐出経路を有し、前記回転軸の軸方向の前記シリンダの一端を覆う軸受と、
   前記第１の吐出経路を塞ぐように設けられ、前記ローラの回転により圧縮された冷媒により持ち上げられて該冷媒を吐出させる第１の吐出弁と、
   １以上の第２の吐出経路を有し、前記回転軸の軸方向の前記シリンダの他端を覆う仕切板と、
   前記第２の吐出経路を塞ぐように設けられ、前記ローラの回転により圧縮された冷媒により持ち上げられて該冷媒を吐出させる第２の吐出弁と
   を含み、
   前記各圧縮機構の１以上の第１の吐出経路のうちの少なくとも１つは、該各圧縮機構のシリンダの内周面に該各圧縮機構のローラが接する位置に応じて決定されるクランク角度が３３０°～３５５°の位置に設けられ、
   前記各圧縮機構の１以上の第２の吐出経路のうちの少なくとも１つは、前記クランク角度が２２０°～３００°の位置に設けられ、
   前記各圧縮機構の前記１以上の第２の吐出経路の少なくとも１つの径が、該各圧縮機構の前記１以上の第１の吐出経路の少なくとも１つの径より小さいことを特徴とする、圧縮機。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の圧縮機を含み、前記圧縮機により冷媒を循環させて熱交換を行う熱交換システム。
   

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