JP7332942B2 - 回転式圧縮機 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る圧縮機(40)は、回転式圧縮機である。圧縮機(40)は、流体である冷媒を圧縮する。図1に示すように、圧縮機(40)は、冷凍装置である空気調和装置(10)に適用される。
空気調和装置(10)は、冷房と暖房とを切り換えて行う。本例の空気調和装置(10)は、1台の室外ユニット(20)と、1台の室内ユニット(30)とを有するペア式である。空気調和装置(10)は、複数の室内ユニット(30)を有するマルチ式であってもよい。
室外ユニット(20)は、圧縮機(40)、室外熱交換器(22)、室外膨張弁(23)、四方切換弁(24)、逆止弁回路(25)、及び過冷却熱交換器(26)を有する。圧縮機(40)は、揺動ピストン式の圧縮機である。室外熱交換器(22)は、熱源熱交換器であり、クロスフィン式のフィン・アンドチューブ型である。室外熱交換器(22)は、室外ファン(図示省略)が搬送する空気と冷媒とを熱交換させる。室外膨張弁(23)は、電子膨張弁である。冷媒回路(11)は、室外膨張弁(23)が省略されてもよい。
室内ユニット(30)は、室内熱交換器(31)と室内膨張弁(32)とを有する。室内熱交換器(31)は、利用熱交換器であり、クロスフィン式のフィン・アンドチューブ型である。室内熱交換器(31)は、室内ファン(図示省略)が搬送する空気と冷媒とを熱交換させる。室内膨張弁(32)は、電子膨張弁である。
空気調和装置(10)の基本的な運転動作について説明する。空気調和装置(10)は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う。
冷房運転では、四方切換弁(24)が第1状態となり、室外膨張弁(23)が開放され、室内膨張弁(32)の開度が吸入過熱度に基づき調節される。圧縮機(40)が運転されると、圧縮機(40)により圧縮された冷媒が室外熱交換器(22)を流れる。室外熱交換器(22)では、冷媒が放熱ないし凝縮する。室外熱交換器(22)を通過した冷媒は、第1配管(25A)、主液管(27)、第4配管(25D)を順に流れる。この冷媒は、室内膨張弁(32)で減圧された後、室内熱交換器(31)で蒸発する。室内熱交換器(31)では、蒸発する冷媒により室内空気が冷却される。室内熱交換器(31)で蒸発した冷媒は、室外ユニット(20)に流入し、圧縮機(40)により再び圧縮される。
暖房運転では、四方切換弁(24)が第2状態となり、室内膨張弁(32)が開放され、室外膨張弁(23)の開度が吸入過熱度に基づき調節される。圧縮機(40)が運転されると、圧縮機(40)により圧縮された冷媒が、室内熱交換器(31)で放熱ないし凝縮する。室内熱交換器(31)では、放熱する冷媒により室内空気が加熱される。室内熱交換器(31)で放熱した冷媒は、第3配管(25C)、主液管(27)、第2配管(25B)を順に流れる。この冷媒は、室外膨張弁(23)で減圧された後、室外熱交換器(22)で蒸発する。室外熱交換器(22)で蒸発した冷媒は、圧縮機(40)により再び圧縮される。
上述した冷房運転及び暖房運転では、インジェクション弁(29)の開度が適宜調節されることで、以下のインジェクション動作が行われる。
圧縮機(40)の全体構成について、図2及び図3を参照しながら説明する。圧縮機(40)は、流体である冷媒を圧縮する。圧縮機(40)は、ケーシング(41)と駆動機構(45)と圧縮機構(50)とを備える。
電動機(46)が通電されると、駆動軸(47)が回転駆動され、ピストン(52)が偏心回転する。冷媒回路(11)の低圧のガス冷媒は、吸入管(43)を流れ、シリンダ室(53)に流入する。
〈導入機構の概要〉
図2~図5に示すように、圧縮機(40)は、冷媒を圧縮室(53B)に導入する導入機構(60)を備える。導入機構(60)は、導入路(61)と、逆流抑制機構(62)とを備える。導入路(61)は、シリンダ(51)を径方向に貫通している。導入路(61)の流入端は、インジェクション管(28)と連通する。導入路(61)の流出端は、圧縮室(53B)に向かって開口する。逆流抑制機構(62)は、圧縮室(53B)の冷媒がインジェクション管(28)側へ逆流することを抑制する。
図4に示すように、導入路(61)は、その軸直角断面が円形に形成される。導入路(61)の内周面は、上流側から下流側に向かって順に、第1内周部(61a)、第2内周部(61b)、及び第3内周部(61c)を含んでいる。なお、以下では、「上流側」を「後側」、「下流側」を「前側」ともいう。第1内周部(61a)の内周面の内径は、第2内周部(61b)の内径よりも大きい。第2内周部(61b)の内径は、第3内周部(61c)の内径よりも大きい。第1内周部(61a)には、インジェクション管(28)の端部が嵌合する。
図4に示すように、逆流抑制機構(62)は、弁押さえ(63)(第1弁受け部)と、弁シート部(70)(第2弁受け部)と、弁体(80)とを備える。導入路(61)では、導入路(61)の上流側から下流側に向かって順に、弁押さえ(63)、弁体(80)、及び弁シート部(70)が配置される。弁押さえ(63)及び弁体(80)は、シリンダ(51)と別部材で構成される。弁シート部(70)は、シリンダ(51)と一体に形成される。弁体(80)は、圧縮室(53B)の内圧の変化に応じて、弁押さえ(63)と弁シート部(70)との間を往復動する。
弁押さえ(63)は、導入路(61)を上流側流路(61A)と下流側流路(61B)とに仕切っている。上流側流路(61A)は、弁押さえ(63)の上流側に形成される。下流側流路(61B)は、弁押さえ(63)の下流側に形成される。弁押さえ(63)は、円板状の基部(64)と、該基部(64)から圧縮室(53B)側に向かって前方に延びる略円柱状の本体(65)とを有する。基部(64)の軸心と本体(65)の軸心とは一致する。基部(64)は、導入路(61)の第2内周部(61b)に嵌合する。本体(65)は、導入路(61)の第3内周部(61c)に嵌合する。
図4及び図7に示すように、弁シート部(70)は、流出穴(61e)の周囲に設けられる。弁シート部(70)は、流出穴(61e)の内周縁部から導入路(61)の下流側に向かって突出する第2凸部(71)を有している。第2凸部は、略円環状に形成される。第2凸部(71)の先端には、弁体(80)の前面(80a)(第2面)に対向する第2弁座(72)が形成される。第2弁座(72)は、円環状の平坦面によって構成される。本例の第2弁座(72)は、弁体(80)の外縁寄りの部分と軸方向にオーバーラップする。
図4、図8、図9に示すように、弁体(80)は、軸方向に扁平な円環状に形成される。本例の弁体(80)は、1つの穴(81)を有する円盤形状に形成される。穴(81)は、弁体(80)の中央部に形成される。本例の穴(81)は、円形状に形成される。弁体(80)の外縁の中心と穴(81)の中心とは一致している。
弁体(80)は、圧縮室(53B)の内圧変化に応じて図4に示す第1位置と、図5に示す第2位置との間を往復動する。具体的には、圧縮室(53B)の内圧が上流側流路(61A)の内圧よりも高くなると、圧縮室(53B)の内圧が受圧部(R)に作用し、弁体(80)が第1位置に移動する。圧縮室(53B)の内圧が上流側流路(61A)の内圧より低くなると、弁体(80)は第2位置に移動する。
圧縮機(40)の運転時には、弁体(80)が第1位置と第2位置との間を高速で往復動する。このため、弁体(80)は、第1弁座(67)と第2弁座(72)とに交互に繰り返し衝突する。特に本実施形態の揺動ピストン式の圧縮機構(50)では、ピストン(52)が一回転する際の圧縮室(53B)の内圧の変化が大きい。このため、この内圧の変化に伴い弁体(80)が第1弁座(67)及び第2弁座(72)と高速、且つ高頻度で衝突する。
本実施形態では、上記の課題を考慮し、弁体(80)の破壊を抑制するために以下の構成を採用している。
図10に示すように、弁体(80)の前面(80a)には、前側第1非接触領域(A1)と、前側第2非接触領域(A2)と、前側接触領域(A3)とが形成される。図11において、ハッチングを付した領域が接触領域を、白抜きの領域が非接触領域を示している。
図11に示すように、弁体(80)の後面(80b)には、後側第1非接触領域(A4)と、後側第2非接触領域(A5)と、後側接触領域(A6)とが形成される。図11において、ハッチングを付した領域が接触領域を、白抜きの領域が非接触領域を示している。
図5に示すように、弁体(80)が弁シート部(70)の第2凸部(71)の先端の第2弁座(72)に衝突すると、前側接触領域(A3)と第2弁座(72)とが面接触する。これに対し、前側第1非接触領域(A1)と前側第2非接触領域(A2)とは第2弁座(72)と接触しない。このため、弁体(80)が第2弁座(72)に衝突すると、弁体(80)の前側第1非接触領域(A1)に対応する外縁側の部分と、弁体(80)の前側第2非接触領域(A2)に対応する内縁側の部分との双方が、前方に変形する。これらの変形により、弁体(80)に作用する衝突エネルギーを内縁側部分と外縁側部分とに分散できる。これにより、従来例と比較して、弁体(80)の内部で発生する応力を分散できる。この結果、弁体(80)が第2弁座(72)に衝突する際、弁体(80)の応力集中に起因にして弁体(80)が破損することを抑制できる。
実施形態は、駆動機構(45)と、該駆動機構(45)に回転駆動される圧縮機構(50)と、該圧縮機構(50)の圧縮室(53B)に流体を導入する導入路(61)と、該導入路(61)の流体の逆流を抑制する逆流抑制機構(62)とを備えた回転式圧縮機であって、前記逆流抑制機構(62)は、前記導入路(61)に配置される第1弁受け部(63)(弁押さえ)と、前記導入路(61)における前記第1弁受け部(63)の下流側に配置される第2弁受け部(70)(弁シート部)と、前記第1弁受け部(63)と前記第2弁受け部(70)の間に配置される弁体(80)と含み、前記第1弁受け部(63)は、前記導入路(61)を流入側と流出側の流路(61A,61B)に仕切るとともに該2つの流路(61A,61B)を連通する連通路(66)と、前記弁体(80)の第1面(80b)(後面)に対向する第1弁座(67)とを有し、前記第2弁受け部(70)は、前記弁体(80)の第2面(80a)(前面)に対向する第2弁座(72)を有し、前記弁体(80)は、前記圧縮室(53B)の圧力が作用する受圧部(R)を有し、前記逆流抑制機構(62)は、前記圧縮室(53B)の圧力変化に応じて、前記弁体(80)が前記第1弁座(67)と接触し前記連通路(66)を閉鎖する第1位置と、前記弁体(80)が前記第2弁座(72)と接触し前記連通路(66)を開放する第2位置との間を往復動するように構成され、前記弁体(80)には、前記第2位置であるときに前記圧縮室(53B)に供給される流体が通過する少なくとも1つの穴(81)が形成され、前記弁体(80)の前記第1面(80b)と前記第2面(80a)の少なくとも一方の面(80a,80b)は、前記弁体(80)の外縁から径方向内方の所定範囲に形成され、対応する弁座(67,72)と接触しない環状の第1非接触領域(A1,A4)(前側第1非接触領域(A1)及び後側第1非接触領域(A4))と、前記弁体(80)の前記穴(81)から径方向外方の所定範囲に形成され、対応する弁座(67,72)と接触しない環状の第2非接触領域(A2,A5)(前側第2非接触領域(A2)及び後側第2非接触領域)と、前記第1非接触領域(A1,A4)と前記第2非接触領域(A2,A5)との間に形成され、対応する弁座(67,72)と接触する接触領域(A3,A6)(前側接触領域(A3)及び後側接触領域)とを含んでいる。
上述した実施形態に係る逆流抑制機構(62)は、以下のような変形例の構成としてもよい。
図12に示す変形例1は、弁押さえ(63)の本体(65)の外縁に、第4円弧部ある外縁本体側円弧部(68)が設けられてない。このため、本体(65)の前面の全体が平坦状に形成される。これに対し、弁体(80)には、上記実施形態と同様、第2円弧部である外縁後側円弧部(83)が形成される。従って、変形例1では、外縁後側円弧部(83)により、後側第1非接触領域(A4)を確保できる。
図13に示す変形例2は、弁シート部(70)の第2凸部(71)の外縁及び内縁に第1円弧部である第2凸部側円弧部(74)が形成される。第2凸部側円弧部(74)は、軸断面視において円弧状に形成される。
図14に示す変形例3は、弁押さえ(63)の本体(65)の前面に第1凸部(69)が形成される。第1凸部(69)は、円環状に形成される。第1凸部(69)は、弁体(80)の後面(80b)のうち、外縁と内縁との間の中間部分に対向する。第1凸部(69)の先端には、第1弁座(67)が形成される。第1弁座(67)は、第1凸部(69)は、弁体(80)の後面(80b)の後側接触領域(A6)に対応する位置にある。
図15に示す変形例4は、変形例3と同様、弁押さえ(63)に第1凸部(69)が設けられる。変形例4の第1凸部(69)には、その外縁及び内縁に第5円弧部である第1凸部側円弧部(69a)が形成される。第1凸部側円弧部(69a)は、軸断面視において円弧状に形成される。
変形例5は、上記実施形態と弁体(80)の形状が異なる。図16(弁体(80)の前面図)に示すように、弁体(80)には、楕円形状の1つの穴(81)が形成される。弁体(80)の外縁の中心と穴(81)の中心とは一致している。変形例5では、弁体(80)の前面(80a)において、第2凸部(71)の第2弁座(72)と接触する部分が前側接触領域(A3)を構成する。弁体(80)の外縁から前側接触領域(A3)までの間に前側第1非接触領域(A1)が形成される。弁体(80)の穴(81)から前側接触領域(A3)までの間に前側第2非接触領域(A2)が形成される。
変形例6は、上記実施形態と弁体(80)の形状が異なる。図17(弁体(80)の前面図)に示すように、弁体(80)には、4つの穴(81)が形成される。4つの穴(81)は、円形状に形成される。4つの穴(81)は、周方向に等ピッチで配列される。穴(81)の数はこれに限らず、2つ、3つ、又は5つ以上であってもよい。
図18に示すように、変形例7は、上記実施形態と弁押さえ(63)の連通路(66)の形状が異なる。変形例7の弁押さえ(63)には、2つの連通路(66)が形成される。各連通路(66)の軸直角断面視の形状は、弁押さえ(63)の軸心を中心とする円弧状に形成される。
図19に示すように、変形例8は、弁押さえ(63)に4つの連通路(66)が形成される。各連通路(66)の軸直角断面視の形状は、弁押さえ(63)の軸心を中心とする円弧状に形成される。連通路(66)の数は、1つであってもよいし、3つ、あるいは5つ以上であってもよい。
上記実施形態及び各変形例については、以下の構成としてもよい。
A2 前側第2非接触領域
A3 前側接触領域
A4 後側第1非接触領域
A5 後側第1非接触領域
A6 後側第1接触領域
45 駆動機構
50 圧縮機構
53B 圧縮室
61 導入路
61A 上流側流路
61B 下流側流路流路
62 逆流抑制機構
63 弁押さえ(第1弁受け部)
66 連通路
67 第1弁座
68 外縁本体側円弧部(第4円弧部)
69 第1凸部
69a 第1凸部側円弧部(第5円弧部)
70 弁シート部
71 第2凸部
72 第2弁座
73 溝
74 第2凸部側円弧部(第1円弧部)
80 弁体
80a 前面(第2面)
80b 後面(第1面)
81 穴
83 外縁後側円弧部(第2円弧部)
85 内縁後側円弧部(第3円弧部)
Claims (13)
- 駆動機構(45)と、該駆動機構(45)に回転駆動される圧縮機構(50)と、該圧縮機構(50)の圧縮室(53B)に流体を導入する導入路(61)と、該導入路(61)の流体の逆流を抑制する逆流抑制機構(62)とを備えた回転式圧縮機であって、
前記逆流抑制機構(62)は、前記導入路(61)に配置される第1弁受け部(63)と、前記導入路(61)における前記第1弁受け部(63)の下流側に配置される第2弁受け部(70)と、前記第1弁受け部(63)と前記第2弁受け部(70)の間に配置される弁体(80)と含み、
前記第1弁受け部(63)は、前記導入路(61)を流入側と流出側の流路(61A,61B)に仕切るとともに該2つの流路(61A,61B)を連通する連通路(66)と、前記弁体(80)の第1面(80b)に対向する第1弁座(67)とを有し、
前記第2弁受け部(70)は、前記弁体(80)の第2面(80a)に対向する第2弁座(72)を有し、
前記弁体(80)は、前記圧縮室(53B)の圧力が作用する受圧部(R)を有し、
前記逆流抑制機構(62)は、前記圧縮室(53B)の圧力変化に応じて、前記弁体(80)が前記第1弁座(67)と接触し前記連通路(66)を閉鎖する第1位置と、前記弁体(80)が前記第2弁座(72)と接触し前記連通路(66)を開放する第2位置との間を往復動するように構成され、
前記弁体(80)には、前記第2位置であるときに前記圧縮室(53B)に供給される流体が通過する少なくとも1つの穴(81)が形成され、
前記弁体(80)の前記第1面(80b)と前記第2面(80a)の少なくとも一方の面(80a,80b)は、
前記弁体(80)の外縁から径方向内方の所定範囲に形成され、対応する弁座(67,72)と接触しない環状の第1非接触領域(A1,A4)と、
前記弁体(80)の前記穴(81)から径方向外方の所定範囲に形成され、対応する弁座(67,72)と接触しない環状の第2非接触領域(A2,A5)と、
前記第1非接触領域(A1,A4)と前記第2非接触領域(A2,A5)との間に形成され、対応する弁座(67,72)と接触する接触領域(A3,A6)とを含んでいることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項1において、
前記第2弁受け部(70)は、前記弁体(80)の前記第2面(80a)に向かって突出する第2凸部(71)を有し、
前記第2凸部(71)の先端に前記第2弁座(72)が形成され、
前記弁体(80)の前記第2面(80a)の前記第2非接触領域(A2)は、前記受圧部(R)を構成していることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項2において、
前記第2凸部(71)の外縁及び内縁の少なくとも一方には、前記弁体(80)の軸断面視において円弧状の第1円弧部(74)が形成されることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項2又は3において、
前記圧縮機構(50)は、冷凍機油を含む前記流体としての冷媒を圧縮するように構成され、
前記第2凸部(71)と前記導入路(61)の内周面との間には、環状の溝(73)が形成されることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項1~4のいずれか1つにおいて、
前記弁体(80)は、該弁体(80)の中心部に1つの円形の前記穴(81)を有する円環状に形成されることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項5において、
前記弁体(80)の外縁から前記穴(81)までの径方向長さをdとすると、
前記接触領域(A3,A6)は、前記弁体(80)の外縁から(1/4)×d以上径方向内方で且つ前記穴(81)から(1/4)×d以上径方向外方の範囲に形成されることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項6において、
前記接触領域(A3,A6)は、前記弁体(80)の外縁から(1/3)×d以上径方向内方で且つ前記穴(81)から(1/3)×d以上径方向外方の範囲に形成されることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項1~7のいずれか1つにおいて、
前記弁体(80)の前記第1面(80b)及び前記第2面(80a)の少なくとも一方の外縁には、前記弁体(80)の軸断面視において円弧状に形成されるとともに前記第1非接触領域(A1,A4)を構成する第2円弧部(83)が設けられることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項1~8のいずれか1つにおいて、
前記弁体(80)の前記第1面(80b)及び前記第2面(80a)の少なくとも一方における穴(81)の縁には、前記弁体(80)の軸断面視において円弧状に形成されるとともに前記第2非接触領域(A2,A5)を構成する第3円弧部(85)が設けられることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項1~9のいずれか1つにおいて、
前記第1弁受け部(63)の外縁には、前記弁体(80)の軸断面視において円弧状に形成されるとともに前記第1非接触領域(A4)を形成するための第4円弧部(68)が設けられることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項1~9のいずれか1つにおいて、
前記第1弁座(67)には、前記弁体(80)の前記第1面(80b)に向かって突出し、該第1面(80b)に接触することにより前記接触領域(A3,A6)を形成する第1凸部(69)が形成されることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項11において、
前記第1凸部(69)の外縁及び内縁の少なくとも一方には、前記弁体(80)の軸断面視において円弧状の第5円弧部(69a)が形成されることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項1~12のいずれか1つにおいて、
前記圧縮機構(50)は、ローリングピストン式、又は揺動ピストン式であることを特徴とする回転式圧縮機。
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