JP7262932B2 - 圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、圧縮機及び冷凍サイクル装置に関する。

空気調和装置等の冷凍サイクル装置に設けられる圧縮機として、圧縮機本体とアキュムレータとが吸入管で繋がれたものが知られている。従来、ＣＯ２（Ｒ７４４）等の圧力の高い冷媒を使用する場合、アキュムレータの耐圧強度を確保するためにアキュムレータの密閉ケースの板厚を厚くする必要があった。また、アキュムレータの外周面に補強部材を取り付けて、耐圧強度を図るものもある。

特開平１１－２８０６５１号公報

しかしながら、密閉ケースの板厚を厚くすると、近年の素材の価格高騰に伴ってコストが高くなってしまう。また、補強部材を用いた場合には、特許文献１のように補強部材が分割できるものであり、耐圧強度の改善効果は限定的であった。

本発明が解決しようとする課題は、圧力の高い冷媒を使用した冷凍サイクルにおいて、低コストで、耐圧強度を大きくした圧縮機を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態の密閉型圧縮機は、内部に圧縮機構部を備える圧縮機本体と、前記圧縮機本体の側方に配置され、鋼板からなり、それぞれ側面が円筒面である２つのカップ状部材を組み合わせて構成され、２つの前記円筒面で形成される円筒部を有するアキュムレータと、前記アキュムレータと前記圧縮機構部の吸入孔とを繋ぐ吸入管と、前記アキュムレータの円筒部の外周面を覆う筒状の補強部材と、前記圧縮機本体と前記アキュムレータの前記円筒部とは鉄製のバンドを介して固定され、を備え、前記補強部材の素材の引張強度が前記鋼板と同等以上である高強度・高弾性率繊維素材であって、全周に亘り一体に形成されており、前記バンドと前記補強部材とが、それぞれ異なる前記カップ状部材の前記円筒面であって、互いに重ならない位置に配置されている。

本実施形態による密閉型圧縮機の内部構造を示す図及び冷凍サイクル構成図である。 同実施形態による圧縮機構部の構成を説明するための平面図である。 同実施形態による密閉型圧縮機の正面図である。 同実施形態による図３のＡ－Ａ断面図である。 同実施形態による要部の平面図である。

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
本実施形態の密閉型圧縮機１について、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、密閉型圧縮機１の内部構造及び冷凍サイクルを示している。

本実施形態の冷凍サイクル装置１は、密閉型圧縮機３（以下、圧縮機という。）と、放熱器である凝縮器４と、膨張装置５と、吸熱器である蒸発器６が冷媒配管２で順に接続される。圧縮機３はガス冷媒を圧縮し、凝縮器４は圧縮機３から吐出される高温高圧のガス冷媒を凝縮して液冷媒にする。膨張装置５は冷媒を減圧する減圧器である。蒸発器６は液冷媒を蒸発してガス冷媒にする。

圧縮機３は、圧縮機本体３０とアキュムレータ１０を備えている。圧縮機本体３０は、密閉ケース３１と、密閉ケース３１の上部側に設けられた電動機部３２と、下部側に設けられた圧縮機構部３３を備え、電動機部３２と圧縮機構部３３とは回転軸３６を介して繋がれている。密閉ケース３１内部には圧縮機構部３３を潤滑させるための潤滑油５８が貯留されている。
以下の説明では、回転軸３６の延在方向を軸方向といい、回転軸３６に直交する方向を径方向という。

電動機部３２は、密閉ケース３１内に固定されるステータ（固定子）３４と、回転軸３６に固定されるロータ（回転子）３５を有する。回転軸３６には、圧縮機構部３３側に偏心部３７が設けられる。

圧縮機構部３３は、密閉ケース３１に固定されるシリンダ４０を有する。シリンダ４０は、筒状であり、上部側の端面に主軸受４１が設けられ、下部側の端面に副軸受４２が設けられ、それぞれシリンダ４０に固定されている。

シリンダ４０と主軸受４１と副軸受４２によりシリンダ室４３が形成されている。シリンダ４０には、シリンダ室４３に連通する吸入孔４４が形成されている。シリンダ４０の吸入孔４４には、吸入管２０が接続されている。冷媒は後述するアキュムレータ１０から吸入管２０及び吸入孔４４を通ってシリンダ室４３内に取り込まれる。

回転軸３６は、シリンダ室４３を貫通して設けられるとともに、主軸受４１及び副軸受４２に回転可能に支持されている。回転軸３６のうちシリンダ室４３内に位置する部分には、偏心部３７が形成されている。偏心部３７には、ローラ４５が嵌合されている。ローラ４５は、回転軸３６の回転に伴い、ローラ４５の外周面がシリンダ４０の内周面に油膜を介して線接触しながら偏心回転するように配置されている。

シリンダ４０には、ブレード溝４６が形成されている。ブレード溝４６内には、ブレード４７が設けられている。ブレード４７は、図示しない付勢手段によりシリンダ室４３に向けて付勢されるとともに、ブレード４７の先端部をシリンダ室４３内においてローラ４５の外周壁に当接している。これによりブレード４７はローラ４５の回転動作に応じてシリンダ室４３内に往復可能に構成されている。シリンダ室４３はローラ４５及びブレード４７によって圧縮室４３ａ側と吸込室４３ｂ側とに区画されている。ローラ４５の回転動作及びブレード４７の往復動作により、シリンダ室４３内で圧縮動作が行われる。

シリンダ４０の内周面において、ローラ４５の回転方向に沿うブレード溝４６の手前側に位置する部分には、吐出溝４８が形成されている。吐出溝４８は、主軸受４１に形成された吐出孔４９に連通する。
主軸受４１には、ガス冷媒が吐出孔４９から吐出されるマフラ５０が主軸受４１を覆うように設けられている。マフラ５０には、マフラ５０内と密閉ケース３１内を連通させる連通孔５１が形成されている。圧縮機本体３０の上部には軸方向に貫通して、冷媒配管２に連通する吐出管３８が設けられている。連通孔５１を通った密閉ケース３１内のガス冷媒は、吐出管３８から冷媒配管２へ吐出される。

圧縮機本体３０の横に配置されるアキュムレータ１０は、熱間圧延鋼板（ＳＰＨＥ。以下、鋼板という）からなる円筒状の密閉ケース１１を備える。一般的にアキュムレータ１０がφ６０程度のものであれば、その板厚は２ｍｍ程度である。本実施形態の圧縮機３においてもアキュムレータ１０の密閉ケース１１を構成する鋼板の板厚を２ｍｍとする。鋼板の耐圧強度を表す引張強度は、０．４ＧＰａである。なお、鋼板はＳＰＨＥに限らず、他の鉄素材を用いても良い。

密閉ケース１１は、２つのカップ状部材１１a，１１ｂのそれぞれの開口部分１３ａ、１３ｂを嵌め合わせて形成される。図１に示すように、それぞれのカップ状部材１１ａ，１１ｂの開口部分１３ａ，１３ｂとは反対側、つまり密閉ケース１１の上端側と下端側は略球面形状である。それぞれのカップ状部材１１ａ，１１ｂの側面は、円筒面であり、アキュムレータ１０の円筒部１２を形成する円筒部１２ａ，１２ｂを備える。

上側のカップ状部材１１aには、アキュムレータ１０の上端にアキュムレータ１０の内外を連通させる入口管１４が上下方向に貫通して設けられ、入口管１４が冷媒配管２に接続される。下側のカップ状部材１１ｂには、下端に貫通孔１５が設けられる。

図３は圧縮機３の正面図である。図３及び図５に示すように、上側のカップ状部材１１ａには、円筒部１２ａに外接する鉄製のバンド１６が巻かれている。バンド１６は圧縮機本体３０の外周面に設けられたアキュムレータホルダ３９に溶接固定されている。したがって、アキュムレータ１０はこのバンド１６を介して圧縮機本体３０に固定されている。

下側のカップ状部材１１ｂには、円筒部１２ｂに外接する筒状の補強部材１７が設けられる。図４に示すように、補強部材１７は、アキュムレータ１０の円筒部１２に全周にわたって外接している。補強部材１７は、厚さが約２ｍｍであり、ほぼアキュムレータ１０の密閉ケース１１を構成する鋼板と同じ厚さである。補強部材１７は、高強度・高弾性率繊維であるアラミド繊維からなる。本実施形態で使用されるアラミド繊維の引張強度は２．９Ｇｐａである。なお、補強部材１７は、アキュムレータ１０に必要な耐圧強度を確保できれば良く、その厚さは鋼板よりも薄くても良い。

補強部材１７の取付け方法について説明する。アラミド繊維は樹脂素材である。筒状に開いた補強部材１７は、その内径がアキュムレータ１０の外径よりも若干大きく形成されている。補強部材１７をアキュムレータ１０の上端側から被せ、アキュムレータ１０の円筒部１２まで下げる。この状態で、補強部材１７とアキュムレータ１０との間には若干の隙間が生じる。冷凍サイクル装置１の運転が始まると、冷媒配管２を循環した冷媒がアキュムレータ１０に吸い込まれ、アキュムレータ１０内の圧力が高くなり、アキュムレータ１０が膨らむ。これによりアキュムレータ１０に補強部材１７が圧着される。アキュムレータ１０の上端側と下端側は略球面形状であり、側面は円筒面である。アキュムレータ１０内の圧力が高くなると、円筒面である側面は膨らみやすい。この位置に補強部材１０を設けることでよりアキュムレータ１０の破損を防ぐことができる。

圧縮機本体３０の側部には、径方向に貫通して、吸入管２０を取付ける取付管２９が固定されている。吸入管２０は略Ｌ字状をなし、内部管２１と、連結管２３と、接続管２２とを備えている。

内部管２１は、アキュムレータ１０内に配置されている。内部管２１は、鉛直に配置された状態で下端の連通部２１ａが貫通孔１５に嵌合し、この嵌合状態で、内部管２１が下側のカップ状部材１１ｂに固定されている。

接続管２２は、連結部２２ａが圧縮機本体３０の径方向の外側に配置された状態で、密閉ケース３１に設けられた貫通孔２５内に挿入されている。

連結管２３は、一端が内部管２１の連結部２１ａに嵌合され、他端が接続管２２の連結部２２ａに嵌合され、連結管２３が内部管２１と接続管２２とを接続している。よって、これら内部管２１、連結管２３及び接続管２２で構成される吸入管２０が、アキュムレータ１０と圧縮機構部３３の吸入孔４４とを繋ぐ。吸入孔４４が形成されたシリンダ４０が密閉ケース３１に固定されていることから、密閉ケース３１と吸入管２０とアキュムレータ１０とが一体化される。吸入管２０の一端がアキュムレータ１０の内部の上部位置に開口し、吸入管２０の他端が圧縮機構部３３の吸入孔４４に連通する。

このように構成された圧縮機３にＣＯ２冷媒（Ｒ７４４）を封入する。電動機部３２のステータ３４に電力が供給されることで、回転軸３６がロータ３５とともに回転する。この回転軸３６の回転に伴い、偏心部３７及びローラ４５がシリンダ室４３内で偏心回転する。これにより、シリンダ室４３内にガス冷媒が取り込まれるとともに、シリンダ室４３内に取り込まれたガス冷媒が圧縮される。

詳細には、まずシリンダ室４３の、吸入孔４４側に位置する吸込室４３ｂ内にガス冷媒が吸入孔４４から吸い込まれる。その際に、吐出溝４８側に位置する圧縮室４３ａで先に吸入孔４４から取り込まれたガス冷媒が圧縮される。

圧縮されたガス冷媒は、吐出溝４８と吐出孔４９を通ってマフラ５０内へ吐出される。マフラ５０内と密閉ケース３１内とが連通孔５１を介して連通されており、シリンダ室４３から吐出孔４９及び連通孔５１を介して密閉ケース３１内に向けてガス冷媒が吐出される。密閉ケース３１内に吐出されたガス冷媒は、吐出管３８から配管２を通って上述したように凝縮器４に送り込まれる。

冷媒配管２を通ってアキュムレータ１０内に入る冷媒は、蒸発器６で気化されたガス冷媒と、気化されなかった液冷媒が含まれている。アキュムレータ１０は、ガス冷媒のみが内部管２１に入り、接続管２２、連結管２３を通って、圧縮機本体３０に送られる。吸入管２０から圧縮機構部３３の吸入孔４４を通って吸込室４３ｂに入り、上記の動作が繰り返し行われる。

ＣＯ２冷媒は、圧力が高いため、ＨＦＣ冷媒を使用した冷凍サイクル装置と比べて、各部品の耐圧強度を高くする必要がある。本実施形態のアキュムレータ１０は、アキュムレータ１０の変形しやすい円筒部１２にアラミド繊維の補強部材１７を設けた。アキュムレータ１０の密閉ケース１１を構成する鋼板の引張強度が０．４ＧＰａであるのに対し、アラミド繊維の引張強度は２．９ＧＰａであり、アラミド繊維は強度に優れた素材である。

振動や騒音を低減させるためにゴム部材（ＣＲゴム）がアキュムレータ１０の円筒部１２に全周にわたって取り付けられることがある。通常このゴム部材の引張強度は０．０１ＧＰａ程度であり、アキュムレータ１０を構成する鋼板よりも非常に小さい値で、ゴム部材は補強部材としての役割を果たしていない。

本実施形態では、補強部材１７の素材の引張強度が鋼板の引張強度と同等以上とすることにより、補強部材１７の厚さが鋼板の厚さより薄いものであっても、アキュムレータ１０に必要な耐圧強度を確保できるものとした。例えば、鋼板の板厚が４ｍｍのアキュムレータ１０と同じ耐圧強度を得るためには、鋼板の板厚を２ｍｍとしても、補強部材１７を２ｍｍ以下にすることができる。特にアラミド繊維は強度に優れた素材であるため、より補強部材を薄くすることができる。耐圧強度を確保するために鋼板の板厚を厚くするのと比べ、薄い補強部材１７を使用することで、低コストで高い耐圧強度を持つアキュムレータ１０とすることができる。

逆に、補強部材１７の素材の引張強度が鋼板の引張強度より小さく、鋼板を２ｍｍとしたとき、鋼板の厚さが４ｍｍのアキュムレータと同じ耐圧強度を得るためには、補強部材１７の厚さを厚くする必要がある。アキュムレータ１０に補強部材１７を取付けにくくなり、厚さによっては圧縮機本体３０とアキュムレータ１０との隙間を広げる必要がある。これにより、アキュムレータホルダ３９やアキュムレータ１０と圧縮機構部３３を繋ぐ吸入管２０を径方向に長く形成しなければならない。

以上のことから、補強部材１７の素材の引張強度が鋼板の引張強度と同等以上にして、薄い補強部材１７を使用することにより、圧縮機本体３０とアキュムレータ１０との隙間を広げることなくアキュムレータ１０を圧縮機本体３０に固定することができる。

補強部材１７は、筒状で途中に切れ目がない。つまり、２つ以上の部品を組み合わせて筒状に固定したものではなく、筒状に一体に形成されたものであるので、局所的に強度が弱い部分がなく、強固にアキュムレータ１０を補強している。また、冷凍サイクル装置１を運転させ、アキュムレータ１０内が高圧となったとき、アキュムレータ１０の外周面から補強部材１７の内周面にかかる負荷が均等に分散されるため、長期間高い耐圧強度を保つことができる。

アキュムレータ１０の密閉ケース１１を２つのカップ状部材１１ａ、１１ｂを組み合わせて形成し、圧縮機本体３０に固定するための鉄製のバンド１６を、上側のカップ状部材１１ａの円筒部１２ｂに巻く構造とした。バンド１６は圧縮機本体３０のアキュムレータホルダ３９に溶接固定される。このバンド１６によりアキュムレータ１０の上側のカップ状部材１１ａの耐圧強度を確保することができる。

一方で、下側のカップ状部材１１ｂは、上側のカップ状部材１１ａのように、鉄製のバンドを巻いて圧縮機本体３０へ固定しないため、アキュムレータ１０内の圧力により、強度の弱い円筒部１２ｂが変形しやすい。したがって、円筒部１２ｂにアラミド繊維からなる補強部材１７を設けることで、下側のカップ状部材１１ｂの耐圧強度を高めることができる。上側のカップ状部材１１ａをバンド１６で固定する構成とするため、上側及び下側の両方のカップ状部材１１ａ，１１ｂに補強部材１７を設ける必要がなく、コストを抑えることができる。

なお、下側のカップ状部材１１ｂに鉄製バンド１６を巻いて、圧縮機本体３０に固定させ、上側のカップ状部材１１ａに補強部材１７を設けた構成としても、同様の効果を得ることができる。
さらに上側のカップ状部材１１ａと下側のカップ状部材１１ｂの両方に補強部材１７を設けても良く、アキュムレータ１０の耐圧強度を高めることができる。

アキュムレータ１０は２つのカップ状部材１１ａ、１１ｂから構成されるものに限らず、３つ以上の部品から構成されるものであっても良い。この場合であっても、強度の弱い部分に補強部材１７を設けることにより、アキュムレータ１０の耐圧強度を確保できる。

補強部材１７のアラミド繊維は、軽量な樹脂素材で、アキュムレータ１０に取り付けていない際には、小さく折りたたむことができるため、搬送時のコストを抑えることができる。アキュムレータ１０へ補強部材１７を取付けるときには、補強部材１７を筒状に開いて伸ばしながらアキュムレータ１０の上端側から下方へ通していくが、樹脂素材であるアラミド繊維は弾性を備えるため形状を維持することができる。また、樹脂素材は軽量であるため、圧縮機３の重量化を抑えることができる。補強部材１７として、アラミド繊維のほかにも超高分子量ポリエチレン繊維やＰＢＯ繊維などの高強度・高弾性率繊維の樹脂素材を用いても良い。

本実施形態の圧縮機３は、１つの圧縮機構部３３を備えるものとしたが、複数の圧縮機構部３３を備えるものであってもよい。このとき、アキュムレータ１０と各圧縮機構部３３の吸入孔４４を繋ぐ吸入管２０を複数設けても良い。

以上説明した実施形態の密閉型圧縮機３によれば、アキュムレータ１０の圧力負荷がかかりやすい円筒部１２に、引張強度がアキュムレータ１０の密閉ケース３１を構成する鋼板と同等以上の素材でできた筒状の補強部材１７を設けるので、低コストで、耐圧強度を確保することが可能となる。なお、本実施形態では、ＣＯ2冷媒を用いた密閉型圧縮機３としたが、これに限らずその他の冷媒を使用した密閉型圧縮機３に適用することができる。補強部材１７を設けることにより、鋼板を薄くできるため、低コスト化と軽量化が見込まれる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この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。

１…冷凍サイクル装置、２…冷媒配管、３…密閉型圧縮機（圧縮機）、４…凝縮器、５…膨張装置、６…蒸発器、１０…アキュムレータ、１１…密閉ケース、１１ａ…上側のカップ状部材、１１ｂ…下側のカップ状部材、１２…円筒部、１６…バンド、１７…補強部材、２０…吸入管、２１…内部管、２２…接続管、２３…連結管、３０…圧縮機本体、３２…電動機部、３３…圧縮機構部、３９…アキュムレータホルダ

Claims (5)

1. 内部に圧縮機構部を備える圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体の側方に配置され、鋼板からなり、それぞれ側面が円筒面である２つのカップ状部材を組み合わせて構成され、２つの前記円筒面で形成される円筒部を有するアキュムレータと、
   前記アキュムレータと前記圧縮機構部の吸入孔とを繋ぐ吸入管と、
   前記アキュムレータの前記円筒部の外周面を覆う筒状の補強部材と、
   を備え、
   前記圧縮機本体と前記アキュムレータの前記円筒部とは鉄製のバンドを介して固定され、
   前記補強部材の素材は、引張強度が前記鋼板と同等以上である高強度・高弾性率繊維素材であって、全周に亘り一体に形成されており、前記バンドと前記補強部材とが、それぞれ異なる前記カップ状部材の前記円筒面であって、互いに重ならない位置に配置されている密閉型圧縮機。
2. 前記補強部材の素材は樹脂素材である請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記樹脂素材はアラミド繊維である請求項２に記載の密閉型圧縮機。
4. 一方の前記カップ状部材のうち、前記アキュムレータの前記円筒部を形成する前記カップ状部材の円筒部の外周面に前記圧縮機本体のアキュムレータホルダに固定された前記バンドが設けられ、
   他方の前記カップ状部材には、前記補強部材が設けられた、請求項１乃至請求項３に記載の密閉型圧縮機。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の密閉型圧縮機と、前記密閉型圧縮機に接続された放熱器と、前記放熱器に接続された膨張装置と、前記膨張装置と前記密閉型圧縮機との間に接続された吸熱器と、を備えた冷凍サイクル装置。
   

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