JPH08144976A - ロータリコンプレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 代替冷媒を用いて高い圧縮状態を確保する。 【構成】 密閉ケース１内に、仕切板１７により仕切ら
れた複数のシリンダ１３，１５と、各シリンダ１３，１
５内に設けられ、偏心回転が与えられるローラ３１，３
３とを有する圧縮機構部７を備えたロータリコンプレッ
サ３において、シリンダ内径をＤｓ、シリンダ高さを
Ｈ、ローラに偏心回転を与えるクランク偏心量をｅ、ロ
ーラ３１，３３と仕切板１７の最小タイト幅をＴとした
時、Ｈ／（Ｄｓ・ｅ）の式で求めると共に値を０．０７
〜０．１３としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、オゾン層を破壊する
といわれる冷媒にかえて地球環境に優しい代替冷媒を用
いた時に、圧縮効率の向上が図れるようにしたロータリ
コンプレッサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、空気調和機や冷凍機等に用いら
れる圧縮機として、ロータリコンプレッサが知られてい
る。ロータリコンプレッサは、シリンダと、シリンダ内
に設けられ、偏心軸部の偏心量によって偏心回転が与え
られるローラとから成り、各シリンダは、仕切板によっ
て複数に仕切られたツインタイプが主流となっている。
冷媒には一般に、単一冷媒が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来使用されている単
一冷媒は、ＨＣＦＣ系の冷媒で塩素を含み、オゾン層を
破壊するといわれ、地球環境に悪影響を与える所から、
準備期間を設けて、将来は全面使用禁止となる。

【０００４】このために、塩素の含まないＨＦＣ系の代
替冷媒、例えば、ＨＦＣ３２，ＨＦＣ１２５，ＨＦＣ１
３４ａ等が候補にあがっている。その外に、ＨＦＣ３２
／１２５の混合冷媒も有力候補となっており、これらＨ
ＦＣ系の代替冷媒の中には、従来のＨＣＦＣ系の単一冷
媒に比べ、蒸発潜熱が大きく、蒸発密度も大きいのがあ
る。このため、コンプレッサの単位排除容積あたりの能
力が大きくなり、ＨＣＦＣ系用に設計されたコンプレッ
サをそのまま使用すると、最適設計点から外れてしま
い、効率の低下を招来する。

【０００５】このために、最適設計点内に収まるよう圧
縮室のディメンジョンを求める必要があるが、ロータリ
コンプレッサの排除容積Ｖｓは、シリンダ内径をＤｓｍ
ｍ、シリンダ高さをＨ（ｍｍ）、クランク偏心量をｅ
（ｍｍ）とするとＶｓ≒πｅ（Ｄｓ−ｅ）Ｈの式で表わ
される。

【０００６】前記式において、排除容積が一定のもので
は、１つの構成因子、例えば、シリンダの高さＨの条件
を変えると、クランク偏心量ｅ、又は、シリンダ内径Ｄ
ｓを変える必要があり、純粋に１つの構成因子の影響を
みることは困難となる。

【０００７】そこで、この発明は、各構成因子を基礎と
する式に基づいて設計することで、圧縮室の最適化を図
り、代替冷媒を使用した時の圧縮効率の向上が図れるよ
うにしたロータリコンプレッサを提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、密閉ケース内に、仕切板により仕切ら
れた複数のシリンダと、各シリンダ内に設けられ、偏心
回転が与えられるローラとを有する圧縮機構部を備えた
ロータリコンプレッサにおいて、圧縮機構部は、シリン
ダ内径をＤｓ（ｍｍ）、シリンダ高さをＨ（ｍｍ）、ロ
ーラに偏心回転を与えるクランク偏心量をｅ（ｍｍ）で
与えられる時、Ｈ／（Ｄｓ・ｅ）で求められる値の形状
を具備している。

【０００９】Ｈ／（Ｄｓ・ｅ）の式で求められる値は
０．０７〜０．１３の範囲の値が最適である。

【００１０】また、圧縮機構部の潤滑油を、相溶性の性
状を有し、粘度グレードをＶＧ５６以上とするものであ
る。

【００１１】

【作用】かかるロータリコンプレッサによれば、ＨＣＦ
Ｃ冷媒の代替冷媒による圧縮室の最適化が図られる結
果、代替冷媒の使用時において、最適設計点内に収ま
り、高い成績係数比のコンプレッサが得られるようにな
る。

【００１２】一方、圧縮機構部に、相溶性で、粘度グレ
ードがＶＧ５６以上の潤滑油を使用することで、低回転
域から高回転域までシール漏れが小さく抑えられ、効率
のよい圧縮状態が得られる。

【００１３】

【実施例】以下、図１乃至図８の図面を参照しながらこ
の発明の実施例を説明する。

【００１４】図１において、１は多気筒形ロータリコン
プレッサ３の密閉ケースを示している。密閉ケース１内
には、電動機部５と圧縮機構部７がそれぞれ設けられ、
電動機部５は、ステータ９及びロータ１１とからなって
いる。

【００１５】圧縮機構部７は第１のシリンダ１３と第２
のシリンダ１５とから構成され、これら両シリンダ１
３，１５は仕切板１７によって仕切られ、それぞれ、独
立している。

【００１６】電動機部５を構成するロータ１１は、シャ
フト１９に固着されると共に、このシャフト１９はメイ
ンベアリング２１とサブベアリング２３とによって回転
自在に支承されている。シャフト１９には、前記第１の
シリンダ１３および第２のシリンダ１５に対応する部分
に互いに１８０度位相をずらした偏心軸部２５，２７が
設けられている。これら偏心軸部２５，２７は、組付け
時において、一方を、仕切板１７の開口孔２９を貫通さ
せることで、前記第１、第２のシリンダ１３，１５内に
臨み、各偏心軸部２５，２７には、第１、第２のシリン
ダ１３，１５内に配置された第１のローラ３１および第
２のローラ３３が嵌合している。

【００１７】この時、仕切板１７の開口孔２９は、図３
に示す如くローラ３１の肉厚領域によって閉塞され、閉
塞時のローラ３１と仕切板１７との一番小さい領域が最
小タイト幅Ｔとなっている。これにより、各ローラ３
１，３３は、独立して偏心軸部２５，２７の回転により
１８０度位相がずれた偏心回転が与えられるようにな
る。

【００１８】メインベアリング２１とサブベアリング２
３には、取入口が密閉シリンダ１内に臨む吐出管３５と
連通し合う吐出ポート３７が、また、第１、第２のシリ
ンダ１３，１５には、吸込管３９と連通し合う吸込ポー
ト４１と、前記ローラ３１，３３の外周面と背圧又はば
ね等による付勢手段４３によって常時接触し合うブレー
ド４５とが設けられ、各ローラ３１，３３及びブレード
４５とにより圧縮室４７，４７が作られるようになって
いる。

【００１９】吐出ポート３７，３７には開閉弁４９，４
９がそれぞれ設けられると共に、第１のシリンダ１３側
の吐出ポート３７は、第１のマフラ室５１によって取囲
まれ、開口ポート５３を介して密閉シリンダ１内と連通
している。第２のシリンダ１５側の吐出ポート３７は第
２のマフラ室５５に取囲まれ、第２のマフラ室５５は、
連絡通路（図示していない）を介して前記第１のマフラ
室５１と連通している。

【００２０】一方、密閉ケース１の底部は、油溜め部５
７となっていて、油溜め部５７には、潤滑油が満されて
いる。

【００２１】このように構成されたロータリコンプレッ
サ３において、圧縮室４７は、各種実験により、各構成
因子の影響を調べ、コンプレッサ成績係数が高くなる関
係の式を設定した。

【００２２】具体的に説明すると、冷媒に、ＨＦＣ３２
／１２５の混合冷媒を用いた時の各構成因子の変動量に
対する測定結果を図４〜図７に示す。

【００２３】図４はローラ３１と仕切板１７の最小タイ
ト幅Ｔ（ｍｍ）と、コンプレッサの性能の関係の測定結
果を示したものである。横軸には、タイト幅の最大値を
１とした時のタイト幅比、縦軸には、コンプレッサ成績
係数が一番良い点を１とした時のコンプレッサ成績係数
比を示している。コンプレッサ成績係数の変動量Ｃｐ
は、測定値より、３次近似すると、

【数１】Ｃｐ＝０．０２Ｔ³ −０．１６０４Ｔ² ＋０．
４２０８Ｔ …（１）式で表わされる。

【００２４】図５はクランク偏心量ｅ（ｍｍ）の影響に
ついての測定結果を示す。

【００２５】この測定では、クランク偏心量ｅを変える
ことにより、タイト幅Ｔならびに、排除容積Ｖｓ（即
ち、シリンダ内径をＤｓ、シリンダ高さをＨ、クランク
偏心量をｅとした時の式、Ｖｓ≒πｅ（Ｄｓ−ｅ）Ｈか
ら求められる）の変更も必要となるため、タイト幅Ｔの
影響は、前記（１）式を用いて除いてある。また、排除
容積Ｖｓの影響は、タイト幅Ｔが同じ条件では、排除容
積Ｖｓが大きい方がタイト幅からのリークの影響は少な
くなるので、排除容積Ｖｓの上昇割合を、タイト幅分減
じることにより考慮してある。図５はタイト幅Ｔ及び排
除容積Ｖｓの影響を考慮した測定結果となっており、横
軸は、クランク偏心量ｅの最大値を１とした時のクラン
ク偏心量比、縦軸は、コンプレッサ成績係数が一番良い
点を１とした時のコンプレッサ成績係数比を示してい
る。

【００２６】コンプレッサ成績係数の変動量Ｃｐは、測
定値より２次近似すると、

【数２】Ｃｐ＝−０．１２５ｅ² ＋０．８８ｅ …
（２）式で表わされる。

【００２７】図６は、シリンダ高さＨ（ｍｍ）の影響に
ついての測定値を示す。シリンダ高さＨを変えることに
より、タイト幅Ｔならびにクランク偏心量ｅの変更も必
要となるため、タイト幅Ｔの影響は（１）式、クランク
偏心量ｅの影響は（２）式を用いて除いたデータを示し
ている。横軸はシリンダ高さの最大値を１としたときの
シリンダ高さ比、縦軸はコンプレッサ成績係数が一番良
い点を１としたときのコンプレッサ成績係数比を示して
いる。コンプレッサ成績係数の変動量Ｃｐは測定値よ
り、２次近似すると、

【数３】Ｃｐ＝０．００９４９７Ｈ² −０．２１８４Ｈ
…（３）式で表される。図７は、シリンダ内径Ｄｓの
影響についての測定値を示す。シリンダ内径を変えるこ
とにより、タイト幅Ｔならびにクランク偏心量ｅの変更
も必要となるため、タイト幅Ｔの影響は（１）式、クラ
ンク偏心量ｅの影響は（２）式を用いて除いたデータを
示している。横軸はシリンダ内径の最大値を１としたと
きのシリンダ内径比、縦軸はコンプレッサ成績係数が一
番良い点を１としたときのコンプレッサ成績係数比を示
している。コンプレッサ成績係数の変動量Ｃｐは測定値
より、２次近似すると、

【数４】Ｃｐ＝０．０００１８２８Ｄｓ² −０．００５
８５７Ｄｓ …（４）式で表される。

【００２８】したがって、（１）〜（４）式で計算され
るコンプレッサ成績係数の変動量Ｃｐを、排除容積Ｖｓ
≒πｅ（Ｄｓ−ｅ）Ｈの式において、排除容積一定の関
係を維持しつつ、シリンダの高さＨを変えてコンプレッ
サ成績係数への影響量を算出すると図８に示す如く、コ
ンプレッサ成績係数比を高くするＨ／（Ｄｓ・ｅ）の範
囲があることがわかった。

【００２９】ここで、コンプレッサ成績係数の算出は、
シリンダの高さＨをかえることによる（３）式で計算さ
れる変動量Ｃｐと、シリンダ高さＨを変えた為に生ずる
シリンダ内径Ｄｓの変化によるコンプレッサ成績係数へ
の影響量を加えた。この時、クランク偏心量ｅの値は一
定に固定する。一方、クランク偏心量ｅの値を約１〜−
２０％まで変えて前記の作業を繰返えすことで、上下方
向に幅のある測定値が得られた。この場合、横軸は、Ｈ
／（Ｄｓ・ｅ）の式で求められる値、縦軸は、コンプレ
ッサ成績係数が一番良い点を１とした時のコンプレッサ
成績係数比となっている。

【００３０】したがって図８から、高いコンプレッサ成
績係数が得られる値は、０．０７〜０．１３の範囲ａに
存在することがわかる。

【００３１】この測定値に基づき圧縮室の最適化を図る
ことで、代替冷媒を用いた時でも最適設計点内に収ま
り、高い圧縮状態が得られる。

【００３２】図９は、ロータリコンプレッサの第２の実
施例を示したものである。

【００３３】即ち、圧縮機構部５９を構成する第１と第
２のシリンダ６１，６３は、仕切板６５によって仕切ら
れ、各シリンダ６１，６３には主軸６５の軸心に対して
所定量偏心ｅした偏心軸部６７，６９によって１８０度
位相がずれた偏心回転が与えられるローラ７１，７３
と、ローラ７１，７３の外周面と常時接触し、圧縮室７
５を形成するグレード７７が設けられた構造となってい
る。

【００３４】密閉ケース１の底部は、油溜め部７９とな
っていて、油溜め部７９には粘度グレードがＶＧ５６以
上で、相溶性の潤滑油８１が満されている。

【００３５】相溶性の潤滑油８１としては、エステル油
が最適であるが、相溶性で、粘度グレードがＶＧ５６以
上の条件を満すものであれば、その他の潤滑油であって
もよい。

【００３６】この実施例によれば、図１０に示す如く、
縦軸にコンプレッサの総合効率、横軸に周波数をとった
時の潤滑油の効率の測定値が示されている。この測定結
果によれば、粘度グレードＶＧ５６以上の潤滑油は、低
回転域から高回転域までシール漏れを小さく抑え効率の
よい圧縮状態が得られるようになる。

【００３７】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明のロー
タリコンプレッサによれば、圧縮室の最適化が図れるよ
うになり、代替冷媒による高い圧縮状態が得られるよう
になる。

【００３８】また、粘性グレードがＶＧ５６以上の潤滑
油によってシール漏れを小さく抑えることが可能とな
り、効率のよい圧縮状態が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかるロータリコンプレッサの切断
面図。

【図２】圧縮機構部の拡大した切断面図。

【図３】仕切板、ローラ、シリンダの関係を示した切断
面図。

【図４】タイト幅による変動量を示した説明図。

【図５】クランク偏心量による変動量を示した説明図。

【図６】シリンダ高さによる変動量を示した説明図。

【図７】シリンダ内径による変動量を示した説明図。

【図８】高いコンプレッサ成績係数が得られる圧縮減衰
抑制係数値を示した説明図。

【図９】第２実施例を示した圧縮機構部の切断面図。

【図１０】粘度グレードによる総合効率を示した説明
図。

【符号の説明】

１ 密閉ケース ３ コンプレッサ ７ 圧縮機構部 １３，１５ シリンダ １７ 仕切板 ３１，３３ ローラ Ｄｓ シリンダ内径 Ｈ シリンダ高さ ｅ クランク偏心量 Ｔ タイト幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 岳 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 小鮒 照男 東京都港区新橋３丁目３番９号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉ケース内に、仕切板により仕切られ
   た複数のシリンダと、各シリンダ内に設けられ、偏心回
   転が与えられるローラとを有する圧縮機構部を備えたロ
   ータリコンプレッサにおいて、シリンダ内径Ｄｓ（ｍ
   ｍ）、シリンダ高さをＨ（ｍｍ）、ローラに偏心回転を
   与えるクランク偏心量をｅ（ｍｍ）で与えられる時、こ
   れ等をＨ／（Ｄｓ・ｅ）の式で求められる値の圧縮機構
   部の形状を具備してなることを特徴とするロータリコン
   プレッサ。
2. 【請求項２】 Ｈ／（Ｄｓ・ｅ）の式で求められる値は
   ０．０７〜０．１３の間としたことを特徴とする請求項
   １記載のロータリコンプレッサ。
3. 【請求項３】 密閉ケース内に、シリンダ内に設けら
   れ、偏心回転が与えられるローラと往復動が与えられる
   グレードとを有する圧縮機構部を備え、圧縮機構部の潤
   滑油を、相溶性の性状を有し、粘度グレードをＶＧ５６
   以上としたことを特徴とするロータリコンプレッサ。