JP7393666B2 - 圧縮機および冷凍装置 - Google Patents

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Description

本開示は、圧縮機および冷凍装置に関する。
従来、圧縮機としては、シリンダに設けられた吸入通路に接続部材を介して吸入管を取り付けるものがある(例えば、特開平6-213183号公報(特許文献1)参照)。
上記圧縮機では、圧縮機のシリンダに形成された吸入通路に接続部材の一端が圧入固定されている。
特開平6-213183号公報
上記圧縮機では、シリンダの吸入通路に圧入される接続部材の圧入部分が押し広げられて、シリンダのブレード穴が変形するという問題がある。このため、上記圧縮機は、ブレードの異常摩耗や焼き付きが生じる。
本開示では、ブレード穴の変形を抑制できる圧縮機およびその圧縮機を備えた冷凍装置を提案する。
本開示の圧縮機は、
シリンダと、
上記シリンダの内周面で確定されるシリンダ室と、
上記シリンダ室に収容され、上記シリンダの内周面に沿って旋回運動するピストンと、
上記ピストンと共に、上記シリンダ室を高圧側領域と低圧側領域とに区画するブレードと、
上記シリンダに設けられると共に、上記シリンダ室に連通し、上記ブレードが進退するブレード穴と、
上記シリンダの外周面から上記シリンダの内周面まで延び、冷媒を上記シリンダ室へ案内する吸入通路と、
上記シリンダの径方向外側から上記吸入通路に圧入にされる圧入部を有する配管接続部材と
を備え、
上記シリンダ室の中心点から上記圧入部までの距離は、上記ブレード穴の径方向外側の端までの距離以上である。
本開示によれば、シリンダ室の中心点から圧入部までの距離を、ブレード穴の径方向外側の端までの距離以上にすることによって、配管接続部材の圧入部をシリンダの吸入通路に圧入するときのシリンダにおけるブレード穴の変形を抑制できる。
また、本開示の1つの態様に係る圧縮機では、
上記吸入通路は上記シリンダ室の上記高圧側領域に連通し、上記配管接続部材からの冷媒が上記吸入通路を介して上記シリンダ室の上記高圧側領域に供給される。
本開示によれば、例えば、中間圧の冷媒を、吸入通路を介してシリンダ室の高圧側領域に導入することにより、冷凍能力を向上できる。
また、本開示の1つの態様に係る圧縮機では、
上記吸入通路内に設置され、上記シリンダ室の上記高圧側領域から上記配管接続部材へ向かう冷媒の流れを規制する弁構造を備える。
本開示によれば、吸入通路内に設置された弁構造によって、配管接続部材とシリンダ室との間で、シリンダ室の高圧側領域から配管接続部材へ向かう冷媒の流れを規制するので、圧縮機側から吸入通路を介して冷媒が逆流するのを抑制できる。
また、本開示の1つの態様に係る圧縮機では、
上記シリンダ室の中心点から上記圧入部までの距離と、上記ブレード穴の径方向外側の端までの距離との比R2/R1が1.02以上である。
本開示によれば、配管接続部材の圧入部をシリンダの吸入通路に圧入するとき、シリンダにおけるブレード穴の変形を抑制できる。
また、本開示の1つの態様に係る圧縮機では、
平面視において、上記シリンダ室の内周面の上記ブレード穴に連なる2つの端の中心点と上記シリンダ室の中心点とを通る直線と、上記吸入通路の中心軸とが、鋭角で交差する。
本開示によれば、配管接続部材の圧入部をシリンダの吸入通路に圧入するときの変形量が多い圧縮機の場合でも、シリンダにおけるブレード穴の変形を抑制できる。
また、本開示の冷凍装置は、
上記のいずれか1つの圧縮機を備える。
本開示によれば、シリンダにおけるブレード穴の変形を抑制してブレードの異常摩耗や焼き付きの発生を抑えることができる圧縮機を用いることによって、信頼性の高い冷凍装置を実現できる。
本開示の第1実施形態の圧縮機を用いた空気調和機の冷媒回路の構成図である。 第1実施形態の圧縮機のシリンダとピストンを含む要部の上面図である。 第1実施形態のシリンダの断面図である。 第1実施形態の比R2/R1と変位量との関係を示すグラフである。 第1実施形態の比R2/R1と変位量との関係を示す図である。 比較例の比R2/R1と変位量との関係を示す図である。
以下、実施形態を説明する。なお、図面において、同一の参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の図面上の寸法は、図面の明瞭化と簡略化のために実際の尺度から適宜変更されており、実際の相対寸法を表してはいない。
〔第1実施形態〕
図1は本開示の第1実施形態の圧縮機21を備えた空気調和機の冷媒回路の構成図である。この空気調和機は冷凍装置の一例である。なお、図1において、13は、室内空気を室内熱交換器12へ流す室内ファンであり、28は、外気を室外熱交換器23に流す室外ファンである。
空気調和機は、図1示すように、室内ユニット1と、冷媒回路RCの一部を介して接続された室外ユニット2とを備えている。室内ユニット1は、室内熱交換器12、室内ファン13などを有する。一方、室外ユニット2は、室外熱交換器23、室外ファン28などを有する。また、冷媒回路RCでは、充填された冷媒が循環することで冷凍サイクルが行われる。冷媒回路RCには、圧縮機21、四路切換弁22、室外熱交換器23、室外膨張弁24、気液分離器25、室内膨張弁11、および室内熱交換器12が環状に接続されている。四路切換弁22の第1ポートP1は、吐出管L1を介して圧縮機21の吐出側に接続されている。四路切換弁22の第2ポートP2は、吸入管L4を介して圧縮機21の第1吸入ポート110(図2,図3に示す)に接続されている。四路切換弁22の第3ポートP3は、室外熱交換器23の一端に接続されている。四路切換弁22の第4ポートP4は、室内熱交換器12の一端に接続されている。
気液分離器25の内部と中間インジェクション配管L2の一端とが接続され、中間インジェクション配管L2の他端と中間電磁弁26の一端とが接続されている。中間電磁弁26の他端と中間配管L3の一端とが接続され、中間配管L3の他端と圧縮機21の第2吸入ポート120(図2,図3に示す)とが接続されている。
中間配管L3と吸入連通管L5の一端とが接続され、吸入連通管L5の他端と圧縮機21の吸入管L4とが接続されている。吸入連通管L5に、開閉弁である吸入電磁弁27が配設されている。
冷房運転では、四路切換弁22が第1状態(図1の破線で示す状態)となり、第1ポートP1と第3ポートP3とが連通すると同時に第2ポートP2と第4ポートP4とが連通する。圧縮機21で圧縮された冷媒は、室外熱交換器23で凝縮し、室内膨張弁11で減圧され、室内熱交換器12で蒸発する。
暖房運転では、四路切換弁22が第2状態(図1の実線で示す状態)となり、第1ポートP1と第4ポートP4とが連通すると同時に第2ポートP2と第3ポートP3とが連通する。圧縮機21で圧縮された冷媒は、室内熱交換器12で凝縮し、室外膨張弁24で減圧され、室外熱交換器23で蒸発する。
冷媒回路RCでは、中間圧の冷媒を圧縮機21内の高圧側領域へ導入するインジェクション動作が行われる。インジェクション動作が実行されるときには、中間電磁弁26が開放されかつ吸入電磁弁27が閉鎖される。これにより、気液分離器25内の中間圧の冷媒は、中間インジェクション配管L2を通じて圧縮機21の中間配管L3へ導入される。インジェクション動作が停止されるときには、中間電磁弁26が閉鎖されかつ吸入電磁弁27が開放される。
図2は圧縮機21のシリンダ101と揺動体102の上面図である。図2において、シリンダ101内に内周面101aによって確定されるシリンダ室103が形成されている。
この圧縮機21は、図2に示すように、シリンダ室103に収容されるピストン102aと、ブレード102bとが一体に形成された揺動体102を備え、シリンダ101内において揺動体102が揺動する。揺動体102のブレード102bによってシリンダ室103内を仕切っている。ブレード102bの右側に吸入室103a(低圧側領域)を形成し、ブレード102bの左側に圧縮室103b(高圧側領域)を形成している。ピストン102aとブレード102bによってシリンダ室103を高圧側領域と低圧側領域とに夫々区画している。
また、シリンダ101においてブレード102bの右側(吸入室103a側)に、径方向に貫通する第1吸入ポート110が形成されている。第1吸入ポート110は、ブレード102bの右側の吸入室103aに開口している。第1吸入ポート110に外側から吸入管L4(図1に示す)が接続される。
また、シリンダ101においてブレード102bの左側(圧縮室103b側)に、径方向に貫通する第2吸入ポート120が形成されている。第2吸入ポート120は、ブレード102bの左側の圧縮室103bに開口している。第2吸入ポート120に外側から配管接続部材200が接続されている。第2吸入ポート120は吸入通路の一例である。シリンダ101の径方向外側から第2吸入ポート120(吸入通路)に配管接続部材200の圧入部201bが圧入されている。配管接続部材200に外側から中間配管L3(図1に示す)が接続される。配管接続部材200に外側から中間配管L3(図1に示す)が溶接で接続される。
また、シリンダ101のブレード穴104は、シリンダ室103と連なってシリンダ101に設けられたブッシュ穴である。ブレード穴104内に一対の揺動ブッシュ105,105が配置されている。
ブレード102bと揺動ブッシュ105,105との間は、潤滑油で潤滑される。揺動ブッシュ105,105によりブレード102bを両側から挟んで進退可能に支持している。このブレード102bは、シリンダ101に設けられた背面空間106に出没する。
そして、回転軸140は、シリンダ室103内に配置される偏心部150を有する。この偏心部150は、回転軸140の中心軸に対して偏心するように設けられている。回転軸140の時計回りの回転に伴って偏心部150が偏心回転して、偏心部150に嵌合したピストン102aが、シリンダ室103の内周面101aに沿って旋回運動する。ピストン102aがシリンダ室103内で公転するのに伴って、第1吸入ポート110から低圧の冷媒ガスを吸入室103aに吸入して、圧縮室103bで圧縮して高圧にした後、吐出ポート130から高圧の冷媒ガスを吐出する。なお、インジェクション動作時は、中間圧の冷媒が第2吸入ポート120から圧縮室103bに導入される。その後、吐出ポート130から吐出された冷媒ガスは、圧縮機21の吐出管L1から排出される。
図3は、シリンダ101を回転軸140(図2に示す)に直交する平面で切った断面図である。図3において、130は、シリンダ101においてブレード102bの左側(圧縮室103b側)に形成された吐出ポートである。
第2吸入ポート120の流入端(シリンダ101の径方向外側)に中間配管L3(図1に示す)を接続している。第2吸入ポート120の流出端(シリンダ101の径方向内側)はシリンダ室103の圧縮室103bに開口している。これにより、中間配管L3と圧縮室103bとが第2吸入ポート120を介して連通する。シリンダ101の外周面からシリンダ101の内周面101aまで延びた第2吸入ポート120により、冷媒をシリンダ室103へ案内する。
ここで、平面視において、シリンダ室103の内周面のブレード穴104に連なる2つの端の中心点O2とシリンダ室103の中心点O1とを通る直線xと、第2吸入ポート120(吸入通路)の中心軸yとが角度θ(例えば25deg)で交差する。
シリンダ101の径方向外側から第2吸入ポート120(吸入通路)に圧入されている配管接続部材200は、円筒状の本体201と、環状の弁体202と、環状の弁座203とを有する。
円筒状の本体201は、シリンダ101の径方向外側から順に、フランジ部201aと、圧入部201bと、弁押さえ部201cとを有する。弁押さえ部201cは、軸方向に貫通する複数の貫通穴201dを有する。複数の貫通穴201dは、第2吸入ポート120の中心軸yを中心に環状に配置されている。
シリンダ室103の圧縮室103bの冷媒圧力が、配管接続部材200に接続された中間配管L3内の冷媒圧力よりも低いとき、環状の弁体202が弁座203に押し付けられる。これにより、中間配管L3からの冷媒が、弁押さえ部201cの複数の貫通穴201dから弁体202の中央穴202aと弁座203の中央穴203aを介してシリンダ室103の圧縮室103bに流入する。
一方、シリンダ室103の圧縮室103bの冷媒圧力が、配管接続部材200に接続された中間配管L3内の冷媒圧力よりも高いとき、環状の弁体202が弁押さえ部201cに押し付けられる。これにより、弁押さえ部201cの複数の貫通穴201dが弁体202により閉鎖されて、シリンダ室103の圧縮室103b(高圧側領域)から配管接続部材200を介して外部に向かう冷媒の流れを規制する。
この円筒状の本体201の弁押さえ部201cと弁体202と弁座203とで第2吸入ポート120を開閉するための弁構造210を構成している。上記弁構造210は、配管接続部材200とシリンダ室103との間に位置する。なお、この実施形態では、本体201の弁押さえ部201cと弁体202と弁座203とで構成された弁構造210を用いたが、弁構造はこれに限らず、他の構成の弁構造を用いてもよい。
図3に示すように、シリンダ室103の中心点O1から配管接続部材200の圧入部201bまでの距離R2は、ブレード穴104の径方向外側の端までの距離R1以上としている。
図4は、FEM(有限要素法)解析を用いたシミュレーシヨンにより求めた距離R2と距離R1との差(R2-R1)と、ブレード穴104の変位との関係を示す。図4において、横軸は差(R2-R1)を表し、縦軸は、差(R2-R1)が-1.2mmのときのブレード穴104の変位を100としたときの変位の割合を表す。なお、図4におけるブレード穴104の変位とは、ブレード穴104の半径方向の歪の(最大値-最小値)を表す。
図4に示すように、比R2/R1が1.0286のとき、0.9755のときに比べて変位量は約68となっている。また、比R2/R1が1.0837のとき、0.9755のときに比べて変位量は約52となっている。
図5は、FEM(有限要素法)解析を用いたシミュレーシヨンにより求めた第1実施形態のシリンダ101の比R2/R1と変位量との関係を示し、図6は、比較例のシリンダの比R2/R1と変位量との関係を示す。図5では、比R2/R1が1.0286であり、図6では、比R2/R1が0.9755である。なお、図5,図6におけるブレード穴104の変位量とは、圧入前後のブレード穴104の半径方向の変位量を示す。
図5,図6において、×印は、配管接続部材200が第2吸入ポート120(吸入通路)に圧入される前の元形状であり、◇印は、配管接続部材200が第2吸入ポート120(吸入通路)に圧入された後の変形形状である。なお、◇印の変形形状は、変位量を500倍にして元形状に加算している。
上記構成の圧縮機21によれば、シリンダ室103の中心点O1から配管接続部材200の圧入部201bまでの距離R2を、ブレード穴104の径方向外側の端までの距離R1以上にすることで、配管接続部材200の圧入部201bをシリンダ101の第2吸入ポート120(吸入通路)に圧入するときのシリンダ101におけるブレード穴104の変形を抑制でき、ブレード102bの異常摩耗や焼き付きの発生を抑えることができる。
また、上記第2吸入ポート120(吸入通路)はシリンダ室103の圧縮室103b(高圧側領域)に連通し、配管接続部材200からの冷媒が第2吸入ポート120を介してシリンダ室103の圧縮室103bに供給されることによって、中間圧の冷媒を、第2吸入ポート120を介してシリンダ室103の圧縮室103bに導入することにより、冷凍能力を向上できる。
また、第2吸入ポート120(吸入通路)内に設置された弁構造210によって、配管接続部材200とシリンダ室103との間で、シリンダ室103の高圧側領域から配管接続部材200へ向かう冷媒の流れを規制するので、圧縮機21側から第2吸入ポート120を介して冷媒が逆流するのを抑制できる。
なお、上記第1実施形態では、比R2/R1が1.0286としたが、シリンダ室103の中心点O1から配管接続部材200の圧入部201bまでの距離R2と、ブレード穴104の径方向外側の端までの距離R1との比R2/R1が1.02以上であるのが好ましい。これにより、配管接続部材200の圧入部201bをシリンダ101の第2吸入ポート120(吸入通路)に圧入するとき、シリンダ101におけるブレード穴104の変形を抑制できる。
また、平面視において、シリンダ室103の内周面のブレード穴104に連なる2つの端の中心点O2とシリンダ室103の中心点O1とを通る直線xと、第2吸入ポート120(吸入通路)の中心軸yとが、鋭角で交差するのが好ましい。これにより、配管接続部材200の圧入部201bをシリンダ101の第2吸入ポート120に圧入するときの変形量が多い圧縮機の場合でも、シリンダ101におけるブレード穴104の変形を抑制できる。
また、シリンダ101におけるブレード穴104の変形を抑制してブレード102bの異常摩耗や焼き付きの発生を抑えることができる圧縮機21を用いることによって、信頼性の高い空気調和機を実現できる。
〔第2実施形態〕
本開示の第2実施形態の圧縮機は、弁構造を除いて第1実施形態の圧縮機21と同一の構成をしている。この第2実施形態の圧縮機は、シリンダ室の高圧側領域から配管接続部材を介して外部に向かう冷媒の流れを規制する弁構造を圧縮機の外部に設置している。
上記第2実施形態の圧縮機は、第1実施形態の圧縮機21と同様の効果を有する。
上記第1,第2実施形態では、1シリンダの圧縮機について説明したが、2シリンダの圧縮機に本開示を適用してもよいし、他の構成の圧縮機に本開示を適用してもよい。
上記第1,第2実施形態では、冷凍装置としての空気調和機について説明したが、空気調和機に限らず、他の構成の冷凍装置でもよい。
本開示の具体的な実施の形態について説明したが、本開示は上記第1,第2実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、ピストン102aとブレード102bとが一体に形成された揺動体102を用いていたが、ピストンとブレードとが別体に形成された揺動体を用いてもよい。
1…室内ユニット
2…室外ユニット
11…室内膨張弁
12…室内熱交換器
21…圧縮機
22…四路切換弁
23…室外熱交換器
24…室外膨張弁
25…気液分離器
101…シリンダ
101a…内周面
102…揺動体
102a…ピストン
102b…ブレード
103…シリンダ室
103a…吸入室(低圧側領域)
103b…圧縮室(高圧側領域)
110…第1吸入ポート
120…第2吸入ポート(吸入通路)
130…吐出ポート
140…回転軸
150…偏心部
200…配管接続部材
201…円筒状の本体
201a…フランジ部
201b…圧入部
201c…弁押さえ部
201d…貫通穴
202…環状の弁体
203…環状の弁座
203a…中央穴
210…弁構造
L1…吐出管
L2…中間インジェクション配管
L3…中間配管
L4…吸入管
L5…吸入連通管
P1…第1ポート
P2…第2ポート
P3…第3ポート
P4…第4ポート
RC…冷媒回路

Claims (5)

  1. シリンダ(101)と、
    上記シリンダ(101)の内周面(101a)で確定されるシリンダ室(103)と、
    上記シリンダ室(103)に収容され、上記シリンダ(101)の内周面(101a)に沿って旋回運動するピストン(102a)と、
    上記ピストン(102a)と共に、上記シリンダ室(103)を高圧側領域(103b)と低圧側領域(103a)とに区画するブレード(102b)と、
    上記シリンダ(101)に設けられると共に、上記シリンダ室(103)に連通し、上記ブレード(102b)が進退するブレード穴(104)と、
    上記シリンダ(101)の周方向において上記ブレード穴(104)と隣り合うように設けられると共に、上記シリンダ(101)の外周面から上記シリンダ(101)の内周面(101a)まで延び、冷媒を上記シリンダ室(103)へ案内する吸入通路(120)と、
    上記シリンダ(101)の径方向外側から上記吸入通路(120)に圧入にされる圧入部(201b)を有する配管接続部材(200)と
    を備え、
    上記シリンダ室(103)の中心点(O1)から上記圧入部(201b)までの距離(R2)は、上記ブレード穴(104)の径方向外側の端までの距離(R1)以上であり、
    上記吸入通路(120)は上記シリンダ室(103)の上記高圧側領域(103b)に連通し、上記配管接続部材(200)からの冷媒が上記吸入通路(120)を介して上記シリンダ室(103)の上記高圧側領域(103b)に供給される、圧縮機(21)。
  2. 請求項に記載の圧縮機(21)において、
    上記吸入通路(120)内に設置され、上記シリンダ室(103)の上記高圧側領域(103b)から上記配管接続部材(200)へ向かう冷媒の流れを規制する弁構造(210)を備える、圧縮機(21)。
  3. 請求項1または2に記載の圧縮機(21)において、
    上記シリンダ室(103)の中心点(O1)から上記圧入部(201b)までの距離(R2)と、上記ブレード穴(104)の径方向外側の端までの距離(R1)との比(R2/R1)が1.02以上である、圧縮機(21)。
  4. 請求項またはに記載の圧縮機(21)において、
    平面視において、上記シリンダ室(103)の内周面(101a)の上記ブレード穴(104)に連なる2つの端の中心点(O2)と上記シリンダ室(103)の中心点(O1)とを通る直線(x)と、上記吸入通路(120)の中心軸(y)とがあり
    上記直線(x)と上記中心軸(y)との間の角が鋭角でる、圧縮機(21)。
  5. 請求項1からまでのいずれか一項に記載の圧縮機(21)を備える、冷凍装置。
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