KR20140006100A

KR20140006100A - 밀폐형 압축기 및 냉동 사이클 장치

Info

Publication number: KR20140006100A
Application number: KR1020137032319A
Authority: KR
Inventors: 다쿠야 히라야마; 아키라 모리시마; 히사타카 가토; 다케시 도미나가; 다이시 나가하타
Original assignee: 도시바 캐리어 가부시키가이샤
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2014-01-15
Also published as: JP5564617B2; CN103582762A; BR112013031245B1; CN103582762B; BR112013031245A2; KR101509378B1; WO2012169339A1; JPWO2012169339A1; MY164285A; US20140096561A1

Abstract

실시형태의 냉동 사이클 장치에 이용되는 밀폐형 압축 장치는 밀폐 케이스 내에 회전 압축 기구부를 수납하고, 밀폐 케이스의 외측에 어큐뮬레이터를 마련한다. 밀폐형 압축 장치는 어큐뮬레이터 내로 연장되어 접속된 1개 이상의 흡입관을 거쳐서 작동 유체를 회전 압축 기구부로 흡입한다. 회전 압축 기구부는 실린더실을 형성하는 하나 이상의 실린더를 구비한다. 밀폐형 압축기는, 어큐뮬레이터의 내경 단면적을 Aac(㎟), 하나의 실린더실의 내경 단면적을 Acy(㎟), 어큐뮬레이터내의 흡입관 상단까지의 저액 용량을 Vac(㏄), 회전 압축 기구부의 총 배제 용적을 Vcy(㏄), 및 흡입관의 어큐뮬레이터 내 연장부의 총 내경 단면적을 As(㎟)라고 했을 때에, Aac/Acy≤4, Vac/Vcy≥20, As/Acy≥0.12의 관계를 갖는다.

Description

밀폐형 압축기 및 냉동 사이클 장치{HERMETICALLY SEALED COMPRESSOR AND REFRIGERATION CYCLE DEVICE}

본 발명의 실시형태는 밀폐형 압축기 및 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.

공기 조화기 등의 냉동 사이클 장치에는, 밀폐형 압축기에서 압축한 냉매를, 밀폐형 압축기에 사방 밸브를 거쳐서 접속된 실외 열교환기, 팽창 장치 및 실내 열교환기에 사이클형으로 통과시키는 기술이 알려져 있다. 이러한 냉동 사이클 장치에 이용되는 밀폐형 압축기는, 그 내부에 회전 압축 기구부를 갖는 동시에, 그 흡입측에, 액백(liquid back)을 방지하는 어큐뮬레이터(accumulator)가 이용된다. 또한, 밀폐형 압축기는 인버터(inverter)에 의해 그 회전수를 가변 가능하게 형성되어 있다.

일본 공개 특허 제 2003-227486 호 공보

이러한 밀폐형 압축기에 있어서는, 종래, 정격 회전수, 예를 들어 60rps의 회전수로 운전했을 때의 특성이 양호해지도록 설계를 행하고 있었다. 그리고, 이러한 정격 회전수에서의 운전에 있어서는, 흡입 손실이 문제가 되는 일은 없었기 때문, 흡입 손실에 대한 충분한 고려는 이루어지지 않고 있었다. 그렇지만, 정격 회전수 이외의 회전수, 예를 들어 고속 회전수에 있어서 운전하면 흡입 손실이 증대하여, 성능이 대폭 저하하는 경우가 있다는 것이 판명되었다.

그래서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고속 회전시에 있어서의 흡입 손실이 저감 가능한 밀폐형 압축기 및 냉동 사이클 장치를 제공하는 것이다.

실시형태의 밀폐형 압축기는, 밀폐 케이스 내에 회전 압축 기구부를 수납하는 동시에, 상기 밀폐 케이스의 외측에 어큐뮬레이터를 마련하고, 상기 어큐뮬레이터 내로 연장되어 접속된 1개 이상의 흡입관을 거쳐서 작동 유체를 상기 회전 압축 기구부에 흡입하는 밀폐형 압축기로서, 상기 회전 압축 기구부는 실린더실을 형성하는 하나 이상의 실린더를 구비하고, 상기 어큐뮬레이터의 내경 단면적을 Aac(㎟), 하나의 상기 실린더실의 내경 단면적을 Acy(㎟), 상기 어큐뮬레이터 내의 상기 흡입관 상단까지의 저액 용량을 Vac(㏄), 상기 회전 압축 기구부의 총 배제(排除) 용적을 Vcy(㏄), 및 상기 흡입관의 어큐뮬레이터 내 연장부의 총 내경 단면적을 As(㎟)라고 했을 때에, Aac/Acy≤4, Vac/Vcy≥20, As/Acy≥0.12로 구성한다.

도 1은 실시형태의 냉동 사이클 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도,
도 2는 상기 냉동 사이클 장치에 이용되는 밀폐형 압축기의 구성을 도시하는 단면도,
도 3은 상기 밀폐형 압축기에 있어서의 총 내경 단면적 및 실린더 내경 단면적의 면적비와 흡입 손실의 관계를 나타내는 설명도,
도 4는 상기 밀폐형 압축기에 있어서의 총 내경 단면적 및 실린더 내경 단면적의 면적비와 관내 유속의 관계를 나타내는 설명도,
도 5는 상기 밀폐형 압축기에 있어서의 총 내경 단면적 및 실린더 내경 단면적의 면적비와 흡입 손실의 관계를 나타내는 설명도.

본 실시형태에 따른 밀폐형 압축기(1)를 이용한 냉동 사이클 장치(100)를 도 1 내지 도 5를 이용하여 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 따른 냉동 사이클 장치(100)의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도, 도 2는 냉동 사이클 장치(100)에 이용되는 밀폐형 압축기(1) 및 어큐뮬레이터(2)의 구성을 도시하는 단면도, 도 3은 밀폐형 압축기(1)에 있어서의 흡입관의 어큐뮬레이터 내 연장부의 총 내경 단면적 As와 하나의 실린더실의 내경 단면적 Acy의 면적비 As/Acy와, 흡입관의 어큐뮬레이터 내 연장부의 흡입 손실 Ws와 압축기 이론 일 Wth의 흡입 손실율 Ws/Wth의 관계를 나타내는 설명도, 도 4는 밀폐형 압축기(1)에 있어서의 흡입관의 어큐뮬레이터 내 연장부의 총 내경 단면적 As와 하나의 실린더실의 내경 단면적 Acy의 면적비 As/Acy와 흡입관의 어큐뮬레이터 내 연장부의 관내 유속 Vs의 관계를 나타내는 설명도, 도 5는 정격 운전 및 고속 운전에 있어서의 밀폐형 압축기(1)에 있어서의 면적비 As/Acy와 흡입 손실율 Ws/Wth의 관계를 나타내는 설명도이다.

냉동 사이클 장치(100)는 공기 조화기에 이용된다. 이하, 냉동 사이클 장치(100)를 공기 조화기(100)로서 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 공기 조화기(100)는, 흡입측에 어큐뮬레이터(2)를 갖는 밀폐형 압축기(1)와, 사방 밸브(101)와, 열원측 열교환기인 실외 열교환기(102)와, 팽창 장치(103)와, 이용측 열교환기인 실내 열교환기(104)를 구비하고 있다. 공기 조화기(100)는 밀폐형 압축기(1), 사방 밸브(101), 실외 열교환기(102), 팽창 장치(103) 및 실내 열교환기(104)가 사이클형으로 연통되어 있다.

공기 조화기(100)는 밀폐형 압축기(1)의 어큐뮬레이터(2)의 흡입측에 사방 밸브(101)가 접속된다. 또한, 공기 조화기(100)는 밀폐형 압축기(1)의 토출측에 사방 밸브(101)가 접속된다. 공기 조화기(100)는, 사방 밸브(101)에, 실외 열교환기(102), 팽창 장치(103) 및 실내 열교환기(104)가 순차 접속되고, 사방 밸브(101)의 유로를 전환함으로써, 밀폐형 압축기(1)로부터 토출된 냉매의 흐름 방향을 전환 가능하게 형성되어 있다.

밀폐형 압축기(1)는, 밀폐 용기(10)와, 밀폐 용기(10) 내의 하부에 마련된 회전 압축 기구부(11)와, 밀폐 용기(10)의 상부에 마련된 전동기부(12)와, 밀폐 용기(10)에 마련된 냉매의 흡입관(13)과, 밀폐 용기(10)에 마련된 냉매의 토출관(14)을 구비하고 있다. 또한, 밀폐형 압축기(1)는 흡입관(13)에 접속된 어큐뮬레이터(2)를 구비하고 있다.

밀폐 용기(10)는, 그 상부에, 그 내부를 밀폐하는 상측 덮개(10a)를 구비하고, 내부에 회전 압축 기구부(11) 및 전동기부(12)를 수납한 후, 상측 덮개(10a)가 용접 등에 의해 고정됨으로써 밀폐된다.

회전 압축 기구부(11)는, 제 1 실린더(21) 및 제 2 실린더(22)와, 회전축(23)과, 한쌍의 롤러(24)와, 베어링(25)과, 칸막이판(26)과, 블레이드를 구비하고 있다.

제 1 실린더(21)는 원기둥형상의 제 1 실린더실(21a)을 형성한다. 또한, 제 1 실린더(21)는, 제 1 실린더실(21a)과 연통하는 블레이드 수납 홈, 및 흡입관(13)에 접속되고, 제 1 실린더실(21a)과 연통하는 흡입구를 구비하고 있다. 블레이드 수납 홈에는, 블레이드가 제 1 실린더실(21a)에 대하여 돌몰(突沒) 가능하게 수용된다.

제 1 실린더(21)는 외형 치수가 밀폐 용기(10)의 내경 치수보다도 약간 작게 형성되어 있다. 제 1 실린더(21)는 밀폐 용기(10) 내에 삽입되고, 밀폐 용기(10) 외부로부터의 용접 가공에 의해 밀폐 용기(10)의 내주면에 위치결정 고정된다. 또한, 제 1 실린더(21)는, 밀폐 용기(10)에 고정되었을 경우에, 제 1 실린더(21)의 하방의 공간과 제 1 실린더(21)의 상방의 공간을 연통시키는 연통 구멍(21b)을 구비하고 있다.

제 2 실린더(22)는 원기둥형상의 제 2 실린더실(22a)을 형성한다. 또한, 제 2 실린더(22)는, 제 2 실린더실(22a)과 연통하는 블레이드 수납 홈, 및 흡입관(13)에 접속되고, 제 2 실린더실(22a)과 연통하는 흡입구를 구비하고 있다. 블레이드 수납 홈에는, 블레이드가 제 2 실린더실(22a)에 대하여 돌몰 가능하게 수용된다.

제 1 실린더(21) 및 제 2 실린더(22)는 서로 외형 형상 및 치수가 상이하고, 또한 제 1 실린더실(21a) 및 제 2 실린더실(22a)의 내경 치수 및 높이 치수가 동일하게 되도록 설정되어 있다.

회전축(23)은, 제 1 실린더실(21a) 내 및 제 2 실린더실(22a) 내에 관통 삽입되는 동시에, 베어링(25)에 의해 피봇된다. 회전축(23)은, 제 1 실린더실(21a) 내 및 제 2 실린더실(22a)에 위치하는 부위에, 예를 들어 대략 180도의 위상차를 갖는 크랭크 편심부(28; crank eccentric portion)를 구비하고 있다.

2개의 크랭크 편심부(28)의 편심량은 동일하고, 그 높이 치수는 제 1 실린더실(21a) 및 제 2 실린더실(22a)의 높이 치수보다 약간 작게 형성된다.

롤러(24)는, 크랭크 편심부(28)에 각각 결합되고, 제 1 실린더실(21a) 및 제 2 실린더실(22a) 내를 미끄럼운동 가능하고, 또한 블레이드의 단부와 미끄럼운동 가능하게 형성되어 있다. 롤러(24)는, 그 높이 치수가 제 1 실린더실(21a) 및 제 2 실린더실(22a)의 높이 치수와 대략 동일하게 형성된다.

한쌍의 롤러(24)는, 위상차를 갖는 크랭크 편심부(28)에 각각 마련되기 때문에, 서로 대략 180°의 위상차가 있다. 롤러(24)는 제 1, 제 2 실린더실(21a, 22a) 내에서 편심 회전한다. 제 1, 제 2 실린더실(21a, 22a)의 내경 치수 및 높이 치수가 동일하고, 또한 2개의 크랭크 편심부(28, 28)의 편심량이 동일하기 때문에, 이들 제 1, 제 2 실린더(21, 22)의 배제 용적은 동일하다.

베어링(25)은, 제 1 실린더실(21a)의 상방을 덮는 제 1 실린더(21)의 상면부에 마련된 주베어링(31)과, 제 2 실린더실(22a)의 하방을 덮는 제 2 실린더(22)의 하면부에 마련된 부베어링(32)을 구비하고 있다. 베어링(25)은 주베어링(31) 및 부베어링(32)에 의해 회전축(23)을 피봇 가능하게 형성되어 있다.

주베어링(31)은 제 1 실린더실(21a)의 상면을 형성하고, 롤러(24)가 미끄럼운동한다. 주베어링(31)에는, 그 상방을 덮도록 제 1 밸브 커버(33)가 마련되어 있다. 또한, 주베어링(31)은, 냉매를 제 1 실린더실(21a)로부터 제 1 밸브 커버(33)로 안내하는 제 1 토출 구멍(34)과, 제 1 토출 구멍(34)을 개폐하는 제 1 개폐 밸브(35)를 구비하고 있다.

부베어링(32)은 제 2 실린더실(22a)의 하면을 형성하고, 롤러(24)가 미끄럼운동한다. 부베어링(32)에는, 그 하방을 덮도록 제 2 밸브 커버(36)가 마련되어 있다. 또한, 부베어링(32)은, 냉매를 제 2 실린더실(22a)로부터 제 2 밸브 커버(36)로 안내하는 제 2 토출 구멍(37)과, 제 2 토출 구멍(37)을 개폐하는 제 2 개폐 밸브(38)를 구비하고 있다.

또한, 제 1 실린더(21), 제 2 실린더(22), 칸막이판(26), 주베어링(31), 부베어링(32), 제 1 밸브 커버(33) 및 제 2 밸브 커버(36)는 볼트(B) 등에 의해 일체로 결합되고, 제 1 실린더(21)를 거쳐서 밀폐 용기(10)에 고정된다.

칸막이판(26)은, 그 외경 치수가 제 1 실린더실(21a) 및 제 2 실린더실(22a)의 내경 치수보다 크고, 또한 제 1 실린더(21) 및 제 2 실린더(22)의 외형 치수보다도 작은 직경으로 형성되어 있다. 칸막이판(26)은 제 1 실린더실(21a) 및 제 2 실린더실(22a)을 덮도록 배치된다.

블레이드는 그 높이 치수가 제 1, 제 2 실린더실(21a, 22a)의 높이 치수와 대략 동일하게 형성된다. 블레이드는 그 선단이 예를 들어 반원통형상으로 형성되어 있다. 블레이드는, 예를 들어 배압(背壓)이 그 배면에 인가됨으로써, 당해 배압에 의해 롤러(24)를 향해서 가압되고, 롤러(24)의 회전 각도에 관계없이, 그 선단이 롤러(24)의 외주면에 선접촉 가능하게 형성되어 있다.

블레이드 수납 홈은, 블레이드가 흡입구 및 제 1, 제 2 토출구(34, 37)와의 사이를 구획하도록 각각 제 1, 제 2 실린더(21, 22)에 마련된다. 블레이드는, 롤러(24)에 접촉함으로써, 제 1, 제 2 실린더실(21a, 22a)을 흡입실과 압축실로 구획한다.

전동기부(12)는, 밀폐 용기(10)의 내면에 고정되는 고정자(51)와, 이 고정자(51)의 내측에 소정의 간격을 두고서 배치되고, 또한 회전축(23)에 고정되는 회전자(52)를 구비하고 있다. 전동기부(12)는 예를 들어 운전 주파수를 가변하는 인버터에 접속된다. 또한, 인버터는, 이 인버터를 제어하는 제어부에 전기적으로 접속되고, 필요에 따라서 회전축(23)의 회전수를 임의의 회전수로 회전시킨다.

2개의 흡입관(13)은 제 1 실린더(21) 및 제 2 실린더(22)의 흡입구에 각각 접속되어 있다. 또한, 흡입관(13)은, 밀폐 용기(10)로부터 돌출한 중도부에 있어서 대략 90도로 상방으로 절곡되어 어큐뮬레이터(2) 내로 연장되는 동시에, 그 단부가 어큐뮬레이터(2)의 소정의 높이에 배치된다. 또한, 어큐뮬레이터(2) 내로 연장된 흡입관(13)의 단부의 높이는, 그 높이에 의해 어큐뮬레이터(2) 내에 저액 가능한 액상의 냉매 및 윤활유의 용량이 변하기 때문에, 필요에 따라서 적절하게 설정된다.

또한, 흡입관(13)은, 어큐뮬레이터(2) 내로 연장된 부위로서, 어큐뮬레이터(2)의 바닥면으로부터 높이 방향의 소정의 위치에 오일 복귀 구멍(13a)을 구비하고 있다. 또한, 당해 오일 복귀 구멍(13a)은, 어큐뮬레이터(2) 내의 하방에 모이는 윤활유를, 기체상의 냉매와 동시에 제 1 실린더실(21a) 및 제 2 실린더실(22a)에 공급 가능하면 좋고, 어큐뮬레이터(2)의 용량이나 치수 등에 의해, 그 높이는 적절하게 설정된다.

토출관(14)은 밀폐 용기(10)의 상단부, 구체적으로는 상측 덮개(10a)에 접속되어 있다. 이 토출관(14)은 사방 밸브(101)에 접속된다.

어큐뮬레이터(2)는, 그 양단이 폐색된 원통형상의 용기(61)와, 용기(61) 내에 마련된 기액 분리부(62)를 구비하고 있다. 어큐뮬레이터(2)는, 용기(61)의 하단부로부터 그 내부로 흡입관(13)이 삽입되는 동시에, 기액 분리부(62)의 바로 아래까지 흡입관(13)이 연장되고, 용기(61)의 상단부에 냉매가 복귀하는 복귀관(63)이 접속된다. 또한, 복귀관(63)은 사방 밸브(101)에 접속된다.

기액 분리부(62)는 바로 아래의 흡입관(13, 13)에 복귀관(63)으로부터 복귀한 냉매가 직접 진입하는 것을 방지하는 냉매의 안내 수단이다. 즉, 기액 분리부(62)는, 복귀관(63)으로부터 복귀한 기액 혼합의 냉매가 충돌 가능하고, 또한 당해 충돌한 기액 혼합의 냉매를 용기(61)의 내주면 방향으로 안내 가능하게 형성되어 있다.

어큐뮬레이터(2)는, 기액 분리부(62)에 의해 액상의 냉매 및 윤활유를 용기(61) 하방에 저류하는 동시에, 기체의 냉매를 흡입관(13)으로부터 공급 가능한 소위 기액 분리기이다.

또한, 이러한 밀폐형 압축기(1)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 어큐뮬레이터(2)의 용기(61)의 내경 단면적을 Aac(㎟), 제 1, 제 2 실린더실(21a, 22a)의 내경 단면적(하나의 실린더실의 내경 단면적)을 Acy(㎟), 흡입관(13, 13)의 어큐뮬레이터 내 연장부의 총 내경 단면적(2개의 흡입관의 내경 단면적의 합)을 As(㎟), 밀폐형 압축기(1)의 회전 압축 기구부(11)의 총 배제 용적[제 1 및 제 2 실린더(21, 22)의 배제 용적의 합]을 Vcy(㏄), 어큐뮬레이터(2)의 용기(61)의 바닥면으로부터 흡입관(13)의 상단까지의 저액 용량을 Vac(㏄), 제 1, 제 2 실린더실(21a, 22a)의 내경(하나의 실린더실의 내경)을 φDcy(㎜), 제 1 실린더(21) 상면 및 제 2 실린더(22) 하면 사이의 축방향 거리를 L(㎜), 제 1 실린더(21)의 축방향 중심과 제 2 실린더(22)의 축방향 중심 사이의 거리를 Lc(㎜), 및 2개의 흡입관(13, 13)의 제 1 실린더(21) 및 제 2 실린더(22)와의 접속 부위의 축심간 거리를 Lp(㎜)라고 하면,

Aac/Acy≤4

0.12≤As/Acy≤0.25

Vac/Vcy≥20

0.9≤L/Dcy≤1.1

Lp>Lc

가 되도록, 밀폐형 압축기(1)의 각 치수가 설정되어 있다.

또한, 어큐뮬레이터(2)의 내경 단면적 Aac란, 어큐뮬레이터(2)의 용기(61)의 몸통부의 개구 면적이다. 흡입관(13, 13)의 어큐뮬레이터 내 연장부의 총 내경 단면적 As란, 어큐뮬레이터(2) 내로 연장되어 있는 2개의 흡입관(13)의 개구 면적의 합이다. 또한, 제 1, 제 2 실린더(21, 22)의 총 배제 용적 Vcy란, 대략 제 1 실린더실(21a)의 내주면과 롤러(24) 외주면 사이의 용적인 제 1 실린더(21)의 배제 용적과, 대략 제 2 실린더실(22a)의 내주면과 롤러(24) 외주면 사이의 용적인 제 2 실린더(22)의 배제 용적의 합이다.

어큐뮬레이터(2)의 저액 용량 Vac란, 어큐뮬레이터(2)가 기액 분리를 실행할 때에, 그 내부에 액상의 냉매 및 윤활유를 저류 가능한 용량이며, 구체적으로는, 어큐뮬레이터(2) 내의 흡입관(13, 13)에 당해 액상의 냉매 및 윤활유가 침입하지 않는 수위까지의 체적이 저액 용량이 된다.

이와 같이 구성된 밀폐형 압축기(1)를 이용한 공기 조화기(100)에서는, 우선 밀폐형 압축기(1)의 전동기부(12)에 인버터 등의 구동 장치에 의해 전원을 공급하는 것에 의해 회전자(52)가 회전하고, 회전자(52)에 고착된 회전축(23)이 회전한다. 회전축(23)의 회전에 의해, 크랭크 편심부(28, 28) 및 롤러(24, 24)는 편심 회전한다. 이러한 롤러(24, 24)의 회전 미끄럼운동에 의해, 제 1 실린더실(21a) 및 제 2 실린더실(22a)에 흡입된 냉매가 압축된다.

롤러(24, 24)가 소정의 위치까지 이동하면, 제 1, 제 2 개폐 밸브(35, 38)가 개방 상태가 되고, 제 1 토출 구멍(34) 및 제 2 토출 구멍(37)으로부터 압축된 냉매가 제 1 밸브 커버(33) 및 제 2 밸브 커버(36)를 거쳐서 밀폐 용기(10) 내로 토출된다. 당해 밀폐 용기(10) 내로 토출된 냉매는 토출관(14)을 거쳐서 사방 밸브(101)로 이동한다.

여기에서, 공기 조화기(100)의 냉방 운전시에 있어서는, 사방 밸브(101)는 밀폐형 압축기(1)의 2차측과 실외 열교환기(102)를 접속한다. 도 1의 실선의 화살표(C)로 나타내는 바와 같이, 밀폐형 압축기(1)에서 압축된 냉매는 실외 열교환기(102)를 통과하여, 외기와 열교환하여 응축된다. 다음에, 응축된 냉매는 팽창 장치(103)를 거쳐서 실내 열교환기(104)를 통과하여, 실내 공기와 열교환을 실행하고, 증발하고, 실내 공기를 냉각한다.

실내 열교환기(104)를 통과한 냉매는 사방 밸브(101)를 통과하여 어큐뮬레이터(2)로 이동한다. 어큐뮬레이터(2) 내로 이동한 냉매는, 기액 분리부(62)에 의해 액상의 냉매 및 윤활유가 어큐뮬레이터(2) 내에 저류되고, 기체상의 냉매가 흡입관(13)으로부터 밀폐형 압축기(1) 내로 흡입된다. 또한, 이 때, 오일 복귀 구멍(13a)으로부터, 저류된 윤활유가 흡입되고, 기체상의 냉매와 함께, 제 1 실린더실(21a) 및 제 2 실린더실(22a) 내로 흡입된다. 이러한 반복에 의해, 공기 조화기(100)는 냉방 운전으로서 열교환을 실행한다.

또한, 공기 조화기(100)의 난방 운전시에 있어서는, 사방 밸브(101)는 밀폐형 압축기(1)의 2차측과 실내 열교환기(104)를 접속한다. 도 1의 파선의 화살표(H)로 나타내는 바와 같이, 밀폐형 압축기(1)에서 압축된 냉매는 실내 열교환기(104)를 통과하여, 실내 공기와 열교환을 실행하고, 응축된다. 응축한 냉매는 팽창 장치(103)를 거쳐서 실외 열교환기(102)를 통과하여, 실외 열교환기(102)에 있어서 실외 공기와 열교환을 실행하여 증발한다. 이러한 증발한 냉매는 사방 밸브(101) 및 어큐뮬레이터(2)를 거쳐서 기액 분리가 되어서 밀폐형 압축기(1)로 흡입된다. 이러한 반복에 의해, 공기 조화기(100)는 난방 운전으로서 열교환을 실행한다.

다음에, 본 실시형태에 따른 밀폐형 압축기(1)의 상기 각 치수 설정의 근거를 도 3 내지 도 5를 이용하여 구체적으로 설명한다.

롤러(24)를 이용한 밀폐형 압축기(1)에 있어서, 어큐뮬레이터(2)의 용기(61)의 내경 단면적 Aac(㎟)과 제 1, 제 2 실린더실(21a, 22a)의 내경 단면적(하나의 실린더실의 내경 단면적) Acy(㎟)의 비 Aac/Acy가 4보다 커지면, 어큐뮬레이터(2)의 내경이 커지고, 밀폐형 압축기(1) 전체가 대형화하여, 중량 밸런스가 나빠지고, 또 설치성도 저하한다. 이에 대하여, 본 실시형태의 밀폐형 압축기(1)는, 상기 비 Aac/Acy를 4 이하로 함으로써, 어큐뮬레이터 및 밀폐형 압축기(1) 전체가 소형이 되고, 또한 중량 밸런스 및 설치성을 향상할 수 있다.

또한, 상기 비 Aac/Acy를 단순히 4 이하로 하면, 어큐뮬레이터(2)의 내경이 작아져서, 그 기액 분리 기능이 저하할 우려가 있다. 그 때문에, 여러가지 실험을 거듭한 결과, 어큐뮬레이터(2)의 용기(61)의 바닥면으로부터 흡입관(13)의 상단까지의 저액 용량 Vac과, 회전 압축 기구부(11)의 총 배제 용적[제 1, 제 2 실린더(21, 22)의 배제 용적의 합] Vcy의 비인 Vac/Vcy를 20 이상으로 하는 것에 의해, 충분한 저액 용량을 확보할 수 있어 액백을 방지하는 것이 가능했다.

더욱이, 흡입관(13, 13)의 어큐뮬레이터 내 연장부의 총 내경 단면적(2개의 흡입관의 내경 단면적의 합) As와 제 1, 제 2 실린더실(21a, 22a)의 내경 단면적(하나의 실린더실의 내경 단면적) Acy(㎟)의 비 As/Acy와, 흡입관(13, 13)의 어큐뮬레이터 내 연장부의 흡입 손실 Ws와 압축기 이론 일 Wth의 비 Ws/Wth에는, 도 3에 도시하는 바와 같은 관계가 있다. 즉, 도 3은 가로축을 상기 비 As/Acy로 하고, 세로축을 상기 비 Ws/Wth로 한 것이다. 이러한 도 3으로부터, As/Acy가 작아짐에 따라서, Ws/Wth가 커지고, 특히 As/Acy가 0.12보다 작아지면, Ws/Wth, 즉 압축기 이론 일에 대한 흡입 손실의 비율이 급격하게 커지는 것을 알 수 있다.

이상과 같이, As/Acy를 0.12 이상으로 함으로써, 도 3에 도시하는 바와 같이, 압축기 이론 일 Wth에 대한 어큐뮬레이터(2) 내의 흡입관(13, 13)의 흡입 손실 Ws를, 대략 2% 이하로 하는 것이 가능해진다. 여기에서, 압축기 이론 일 Wth란, 밀폐형 압축기(1)의 설계 계산에 의해 도출되는 이론 일이다.

또한, 도 3은, 본 실시형태에 있어서의 제 1 실린더(21) 및 제 2 실린더(22)의 2개의 실린더를 이용한 구성에서, 제 1 실린더(21) 및 제 2 실린더(22)의 높이를 각각 18㎜로 한 것과, 제 1 실린더(21) 및 제 2 실린더(22)의 높이를 각각 22㎜로 한 것과, 실린더를 1개만 구비한 1 실린더의 타입의 밀폐형 압축기에서, 실린더의 높이를 20㎜으로 한 것과, 1 실린더 타입의 밀폐형 압축기에서, 실린더의 높이를 25㎜로 한 것의 4종류의 밀폐형 압축기를 제작하고, 그 측정 특성을 나타내고 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 4종류의 밀폐형 압축기의 특성 모두 대략 동일 곡선상에 중첩하고 있다. 상기 4종류의 밀폐형 압축기는 각 실린더실의 내경이 43㎜로 되어 있고, 상기 특성은 냉매를 R410A로 하고, 냉동 능력이 15kw가 되도록 운전 회전수를 조정하여 측정한 것이다.

도 3으로부터 명확한 바와 같이, As/Acy≥0.12로 함으로써, 실린더의 개수나, 용적에 관계없이, 흡입 손실율 Ws/Wth(%)을 저감시키는 것이 가능해져, 흡입 손실의 급격한 증대를 방지하는 것이 가능해진다.

도 4는 밀폐형 압축기(1)에 있어서의 흡입관의 어큐뮬레이터 내 연장부의 총 내경 단면적 As와 하나의 실린더실의 내경 단면적 Acy의 면적비 As/Acy를 가로축으로 하고, 흡입관의 어큐뮬레이터 내 연장부의 관내 유속 Vs(m/s)를 세로축으로 했을 때의 관계를 나타내는 설명도이다.

As/Acy를 0.12 이상으로 했을 경우, 도 4에 도시하는 바와 같이, As/Acy가 커짐에 따라서 1개의 실린더 및 2개의 실린더를 이용한 어는 것에 있어서도 어큐뮬레이터(2) 내의 흡입관(13)의 관내 유속 Vs(m/s)는 감소 경향에 있다.

어큐뮬레이터(2) 내의 흡입관(13)에는, 어큐뮬레이터(2)에 저류한 윤활유를 복귀하는 오일 복귀 구멍(13a)으로부터 마련되어 있고, 당해 오일 복귀 구멍(13a)으로부터 윤활유를 제 1 실린더실(21a) 및 제 2 실린더실(22a)로 복귀한다. 여기에서, 관내 유속 Vs가 감소하면, 당해 오일 복귀 구멍(13a)으로부터의 오일 복귀가 충분히 실행되지 않을 우려가 있다.

그러나, 도 4에 도시하는 바와 같이, As/Acy≤0.25를 충족시킴으로써, 관내 유속 Vs는 1(m/ｓ) 이상으로 유지하는 것이 가능해져, 오일 복귀 구멍(13a)에 의한 오일 복귀를 확실하게 실행하는 것이 가능해진다.

도 5는 정격 회전수(60rps)와 고속 회전수(125rps)에 있어서의 밀폐형 압축기(1)에서의 상기 면적비 As/Acy와, 흡입 손실 Ws와 압축기 이론 일 Wth의 비 Ws/Wth의 관계를 나타내는 설명도이다.

도 5로부터 명확한 바와 같이, 0.12≤As/Acy≤0.25 및 Vac/Vcy≥20으로 함으로써, 정격 회전수(60rps)뿐만 아니라, 고속 회전수(125rps)에 있어서도, 흡입 손실율 Ws/Wth(%)을 저감시키는 것이 가능해져, 흡입 손실의 증대를 방지하는 것이 가능해진다.

또한, 제 1 실린더(21) 상면 및 제 2 실린더(22) 하면 사이의 축방향 거리 L (㎜)과, 제 1, 제 2 실린더(21, 22)의 내경(하나의 실린더실의 내경) φDcy(㎜)의 비 L/Dcy를 0.9보다도 작게 하면, 제 1 및 제 2 실린더(21, 22)의 높이(두께)가 작아지고, 흡입관(13, 13)을 접속하는 흡입구도 작아져서, 흡입 손실이 커진다. 한편, L/Dcy가 1.1보다 커지면, 베어링간 거리가 길어져서 회전축이 압축 하중에 의해 휘어서, 성능이 저하한다.

이에 대하여, 0.9≤L/Dcy≤1.1로 함으로써, 제 1 실린더(21) 및 제 2 실린더(22)의 흡입구를 크게 확보하는 것이 가능해지고, 또한 베어링간 거리의 증대가 억제 가능해져, 성능 저하를 방지하는 것이 가능해진다.

더욱이, 제 1 실린더(21)의 축방향 중심과 제 2 실린더(22)의 축방향 중심 사이의 거리 Lc(㎜)와, 2개의 흡입관(13, 13)의 제 1 실린더(21) 및 제 2 실린더(22)와의 접속 부위의 축심간 거리 Lp(㎜)의 관계를, Lp>Lc로 함으로써, 흡입관(13, 13)의 축심간 거리 Lp를 크게 하는 것이 가능해진다. 즉, 밀폐 용기(10)에 흡입관(13, 13)을 접속할 경우에는, 용접에 의해 흡입관(13, 13)을 접속하는 부재가 밀폐 용기(10)에 접속된다. 이 때문에, 흡입관(13, 13)의 축심간 거리 Lp를 극력 크게 함으로써, 용접에 의한 강도의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.

상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 밀폐형 압축기(1)를 이용한 공기 조화기(100)에 따르면, 상기 구성으로 함으로써, 밀폐형 압축기(1)를 고속 회전시에 운전시켜도, 흡입 손실의 급격한 증대를 방지하여, 흡입 손실의 저감이 가능해진다. 또한, 밀폐형 압축기(1)를 이용한 공기 조화기(100)에 따르면, 오일 복귀를 확실하게 실행하여, 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태의 밀폐형 압축기(1)를 이용한 냉동 사이클 장치(100)에 한정되는 것은 아니다. 상술한 실시형태의 밀폐형 압축기(1)에서는, 실린더로서, 제 1 실린더(21) 및 제 2 실린더(22)의 2개의 실린더를 이용하는 구성을 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 상술한 Aac/Acy≤4, 0.12≤As/Acy≤0.25, 및 Vac/Vcy≥20의 관계에서는, 실린더는 1개이어도 좋고, 3개 이상이어도 좋다.

이러한 구성으로 함으로써, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 1개의 실린더이어도, 2개의 실린더를 이용한 본 실시형태의 밀폐형 압축기(1)와 마찬가지로, 흡입 손실의 저감이 가능하고, 또한 오일 복귀를 위한 흡입관(13)의 관내 유속 Vs로 하는 것이 가능해진다. 또한, 3개의 실린더이어도 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다.

또한, 상술한 예에서는, 냉동 사이클 장치(100)는, 공기 조화기(100)로서, 사방 밸브(101)를 갖는 구성을 설명했지만 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 사방 밸브(101)를 갖지 않고, 난방 운전 또는 냉방 운전만을 실행하는 냉동 사이클 장치(100)이어도 좋고, 공기 조화기 이외의 냉동 사이클 장치이어도 좋다.

더욱이, 상술한 예에서는, 밀폐형 압축기(1)는 롤러(24)와 블레이드가 별체의 구성을 이용하여 설명했지만 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 롤러 및 블레이드가 일체로 된 스윙 타입(swing type)의 밀폐형 압축기에서도 동등한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 몇개의 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않고 있다. 이들 신규한 실시형태는 그 밖의 여러가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 생략, 치환, 변경을 실행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되는 동시에, 특허청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

1 : 밀폐형 압축기, 2 : 어큐뮬레이터, 8 : 크랭크 편심부, 10 : 밀폐 용기, 10a : 상측 덮개, 11 : 회전 압축 기구부, 12 : 전동기부, 13 : 흡입관, 13a : 오일 복귀 구멍, 14 : 토출관, 21 : 제 1 실린더, 21a : 제 1 실린더실, 2lb : 연통 구멍, 22 : 제 2 실린더, 22a : 제 2 실린더실, 23 : 회전축, 24 : 롤러, 25 : 베어링, 26 : 칸막이판, 31 : 주베어링, 32 : 부베어링, 33 : 제 1 밸브 커버, 34 : 제 1 토출 구멍, 35 : 제 1 개폐 밸브, 36 : 제 2 밸브 커버, 37 : 제 2 토출 구멍, 38 : 제 2 개폐 밸브, 51 : 고정자, 52 : 회전자, 61 : 용기, 62 : 기액 분리부, 63 : 복귀관, 100 : 냉동 사이클 장치(공기 조화기), 101 : 사방 밸브, 102 : 실외 열교환기, 103 : 팽창 장치, 104 : 실내 열교환기

Claims

밀폐 케이스 내에 회전 압축 기구부를 수납하는 동시에, 상기 밀폐 케이스의 외측에 어큐뮬레이터를 마련하고, 상기 어큐뮬레이터 내로 연장되어 접속된 1개 이상의 흡입관을 거쳐서 작동 유체를 상기 회전 압축 기구부로 흡입하는 밀폐형 압축기에 있어서,
상기 회전 압축 기구부는 실린더실을 형성하는 하나 이상의 실린더를 구비하고,
상기 어큐뮬레이터의 내경 단면적을 Aac(㎟), 하나의 상기 실린더실의 내경 단면적을 Acy(㎟), 상기 어큐뮬레이터 내의 상기 흡입관 상단까지의 저액 용량을 Vac(㏄), 상기 회전 압축 기구부의 총 배제 용적을 Vcy(㏄), 및 상기 흡입관의 어큐뮬레이터 내 연장부의 총 내경 단면적을 As(㎟)라고 했을 때에,
Aac/Acy≤4
Vac/Vcy≥20
As/Acy≥0.12
의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는
밀폐형 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 하나의 실린더실의 내경 단면적 Acy(㎟)와 상기 흡입관의 어큐뮬레이터 내 연장부의 총 내경 단면적 As(㎟)는,
As/Acy≤0.25
의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는
밀폐형 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 회전 압축 기구부는 칸막이판을 사이에 두고서 2개의 실린더를 구비하고,
하나의 상기 실린더실의 내경을 Dcy(㎜)라고 하고, 상기 2개의 실린더의 상기 칸막이판측과는 반대인 단부면간의 거리를 L(㎜)이라고 했을 때,
0.9≤L/Dcy≤1.1
의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는
밀폐형 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 회전 압축 기구부는, 칸막이판을 사이에 두고서 2개의 실린더를 구비하는 동시에, 각 실린더와 어큐뮬레이터를 접속하는 2개의 흡입관을 구비하고,
상기 각 실린더의 축방향 중심간의 거리를 Lc(㎜)라고 하고, 상기 2개의 흡입관의 상기 실린더와의 접속부의 축심간 거리를 Lp(㎜)라고 했을 때,
Lp>Lc
의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는
밀폐형 압축기.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 개재된 밀폐형 압축기와,
상기 밀폐형 압축기에 접속된 응축기와,
상기 응축기에 접속된 팽창 장치와,
상기 팽창 장치에 접속된 증발기를 구비하는 것을 특징으로 하는
냉동 사이클 장치.