WO1996013666A1 - Compresseur rotatif et machine frigorifique - Google Patents

Description

明 細 書 ロータリー圧縮機及び冷凍装

技術分野

本発明は、 ロータリー圧縮據およびロー夕リー圧縮機を組み込んだ冷凍 装置に関する。

背景技術

従来、 ロータリー圧縮機としては、 第 6図および第 7図に示したものが ある（実開昭 6 1 - 1 1 4 0 8 2号公報参照)。 この従来の圧縮機は、 密閉 ケーシング内にモータで 動される圧縮要素 Aが配設されている。 この圧 縮要素 Aは、 シリンダ室 Bを有するシリンダじと、 上記モータから延びて いる駆動軸の偏心部 Dに挿入されて嵌合されているローラ Eとを有してい る。 このローラ Eは上記駆動軸の回転によってシリンダ室 B内を公転する。 また、 上記圧縮要素 Aはブレード Hを有する。 このブレード Hは上記シリ ンダ Cに形成されている吸入 O Fと吐出 との中間部位に進退動可能に 配設されている。 また、 このブレード Hは、 その背面側に、 吐出口 Gから 吐出された高圧ガスの一部を背圧として作用させられるようになっている。 上記ブレード Hは上記背圧によってブレード Hの先端部が上記ローラ Eの 外周面の一部に常時接触させられる。 これにより、 上記ブレード Hは、 シ リンダ室 Bを圧縮室 Xと吸入室 Yとに区画する。 また、 上記吐出口 Gの出 口周りには弁座面が形成されている。 この弁座面には弁体 Iの端部が固定 されている。 この弁体 Iは上記吐出 を開閉することができる。

上記構成の圧縮機は、 上記駆動軸 Dが回転すると、 ローラ Eがシリンダ 室 B内で公転する。 この公転するローラ Eは、 ブレード Hで画成されてい るシリンダ室 B内の圧縮室 Xでガスを圧縮する。 そして、 この圧縮行程を 終了して吐出行程に移行したとき、 上記ローラ Eは圧縮された高圧ガスで 弁体 Iを開動作させて、 上記高圧ガスを吐出 からケーシング内へ吐出 させる。

また、 吐出行程を終了して吸入行程に移行するとき、 弁体 Iは閉動作し て吐出口 Gを閉鎮する。 そして、 上記ローラ Eは公転しながら、 吸入口 F からシリンダ室 B内のブレード Hで画成される吸入室 Yへ低圧ガスを吸入 する。 このように、 上記ローラ Eは上記シリンダ室 B内を公転しながら、 圧縮行程と吐出行程とを繅り返す。

ところが、 上記圧縮機は、 上記したように、 ブレード Hをシリンダ Cに 進退動可能に支持し、 背圧によって、 上記ブレード Hの先端をローラ Eの 外周面に接触させながら、 ブレード Hとローラ Eとを相対移動させている。 したがって、 ブレード Hには背圧を作用させてブレード Hの先端をローラ 外周面に押圧させて接触させる必要がある。 しかも、 ブレード Hのローラ 外周面との接触部は耠油され難いから、 境界潤滑状態になる。 この境界潤 滑状態では、 金属接触の状憨になる場合が生じ易いから、 焼き付きが生じ る問題がある。

もっとも、 圧縮機に使用する作動流体として、 H C F C系のフロン冷媒 (例えば R 2 2 )を使用する場合には、 潤滑不良が生じても、 フロン冷媒中 に含まれる塩衆により塩化物被膜が形成され、 この塩化物被膜が上記焼き 付きを多少なりとも抑えていた。

しかし、 H F C系の代替フロン冷媒 （例えば R l 3 4 a ) を使用する場 合には、 この代替フロン冷媒に対応して使用される潤滑油 （主に合成油） は従来のフロン冷媒に使用していた S滑油 （鉱油） に比べて涠滑性能が低 下する。 しかも、 代替フロン冷媒には塩素が含まれていないから、 塩素被 膿が形成されない。 したがって、 上記境界潤滑部では、 部分的に高温となつ て、 油が劣化して加水分解を起こしたりスラッジが発生するという問題が 生じる。

さらに、 従来のロータリー圧縮機を冷 ¾回路に組み込んだ冷凍装置にお いては、 浍凍装置の滅圧機槺にキヤビラリ一チューブを用いた埸合、 この チューブ内に、 油劣化によつ,て発生したスラッジが多: ftに付着する。 この スラッジの付着は、 冷媒流量の低下を招くから、 冷凍装置の信頼性を損な うという問趣がある。

そこで、 以上の問題点に鑑み、 本発明の目的は、 代替フロン冷媒を用い ながら、 圧縮機内での油の劣化を防止することができるロータリー圧縮機 を提供することにある。 また、 本発明の今一つの目的は、 油劣化が発生し ないロータリ一圧縮機を有する冷凍装置を提供して、 冷凍装置の信頼性を 向上することにある。

発明の開示

睛求項 1の発明のロータリ一圧縮機は、 駆動軸の偏心部に回転自在に嵌 合するローラと、 このローラの外周に一体に固定されると共に、 上記ロー ラの径方向の外方に延びて、 シリンダ内のシリンダ室を圧縮室と吸入室と に区画するブレードと、 上記シリンダに回転可能に支持されており、 上記 ブレードの突出側先端部を受け入れて案内する受入溝が形成されている支 持体とを備え、 上記シリンダ室内に辁排される作動流体として、 基本的な 化学組成に埴素を含有しない物質を使用した冷媒を用い、 潤滑油として、 上記冷媒に対応した油を用いている。

請求項 1の発明によれば、 ブレードをローラに固定し、 支持体の受入溝 でブレードの先端部を案内するようにしたから、 従来のようなブレードと ローラとの塽界溷滑状態が発生しない。 したがって、 請求項 1の発明によ れば、 環境安全性を考處した代替フロン冷媒を使用できながら、 圧縮機内 の ¾動部の摩擦損失と動力損失を軽減して、 焼き付きを防止でき、 かつ、 潤滑油の油劣化を防止することができる。

また、 請求項 2の発明は、 請求項 1に記載のロータリー圧縮機において、 上記 D—ラの内周面と駆動軸の偏心部との間に挿入された筒状メタルを備 えている。

したがって、 睛求項 2の発明によれば、 代替フロン冷媒を使用したため に潤滑性能が低下した場合でも、 上記偏心部とローラとが焼き付きを起こ すことを、 上記筒状メタルによって防止できる。

また、 精求項 3の発明は. ¾求項 1に記載のロータリー圧縮機において、 上記冷媒は、 ハイ ドロフルオールカーボン（H F C )に分類される物質群に 厲している単一物質である。

また、 請求項 4の発明は、 請求項 1に記載のロータリー圧縮機において、 上記冷媒は、 ハイ ドロフルオールカーボン（H F C )に分類される物質群に 属している複数の物質が混合された混合冷媒である。

また、 請求項 5の発明は、 請求項 1に記載のロータリー圧縮機において、 上記瘸滑油は、 エステル油.エーテル油が属している合成油またはフッ紫 油またはアルキルベンゼン油または鉱油の内のいづれかの油である。

また、 請求項 6の発明の冷凍装置は、 駆動釉の偏心部に回転自在に嵌合 するローラと、 このローラの外周に一体に固定されていると共に、 上記口 一ラの径方向の外方に延びて、 シリンダ内のシリンダ室を圧縮室と吸入室 とに区画するブレードと、 上記シリンダに回転可能に支持されており、 上 記ブレードの突出側先端部を受け入れて案内する受入溝が形成されている 支持体とを含んでいるロータリ一圧縮機と、 上記ロータリ一圧縮機に接統 された減圧機構としてのキヤビラリーチューブとを有する冷凍回路を備え、 上記冷凍回路に循 Sさせる作動流体として、 基本的な化学組成に塩素を含 有しない物質である冷媒を用い、 上記圧縮機の潤滑油として、 上記冷媒に 対応した油を用いている。

したがって、 請求項 6の発明の冷凍装置によれば、 ブレードをローラに 固定し、 支持体の受入溝でブレードの先端部を案内するロータリー圧縮機 を有したから、 従来のようなブレードとローラとの境界潤滑状態が発生し ない。 また、 圧縮機内の摺動部の摩擦損失と動力損失を軽減でき、 焼き付 きを招くことなく、 かつ、 潤滑油の油劣化を招くことなく、 環境安全性を 確保するための代替フロン冷媒を使用できる。 さらに、 キヤビラリーチュ ーブ内への油のスラッジの付着を防止できるから、 冷媒の流量低下を防止 でき、 冷凍装置の信頼性を向上させることができる。

また、 請求項了の発明は、 精求項 6に記載の冷凍装 において、 上記冷 錤は、 ハイ ドロフルオールカーボン（H F C )に分類される物質群に属して いる単一物質である。

また、 請求項 8の発明は、 請求項 6に記載の冷凍装置において、 上記冷 媒は、 ハイ ドロフルオールカーボン（H F C )に分類される物質群に ¾して いる複数の物質を混合させた混合冷媒である。

また、 請求項 9の発明は、 講求項 6に記載の冷凍装置において、 上記潤 滑油は、 エステル油， エーテル油が厲している合成油またはフッ素油また はアルキルべンゼン油または鉱油の内のいづれかの油である。

図面の簡単な ¾έ明

第 1図は本発明の第 1形態のロータリ一圧縮機が備えるシリンダの要部 を示す平断面図である。 第 2図は上記ロータリー圧縮機の全体構造を示す 縱断面図である。 第 3図は本発明の第 2実施例を説明するシリンダの要部 を示す平断面図である。 第 4図は本発明の第 3形態である冷凍装置を示す 冷凍回路である。 第 5図は運転時間の経過に伴うキヤビラリ一チューブの 流量比の変化を示す特性図である。 第 6図は従来のロータリー圧縮機の圧 縮要素を示す平断面図である。 第 7図は上記従来の D—タリ一圧縮機の部 分断面図である。

発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説明するために、 添付の図面に従って本発明の実施 の形態を説明する。

〔第 1の実施の形態〕

第 2図に、 本発明の実施の形態のロータリー圧縮接 C Pを示す。 この口 一夕リー圧縮機 C Pは、 密閉ケーシング 1の内方上部にモータ 2が配設さ れている。 また、 上記モータ 2の下側に圧縮要素 3が配設されている。 そ して、 上記モータ 2から延びている駆動軸 2 1は、 上記圧縮要素 3に連動 するように連結されている。

上記圧縮要素 3は、 内部にシリンダ室 4 1をもつシリンダ 4と、 上記シ リンダ 4の上と下の開放部に対設されたフロントへッ ド 5およびリャへッ ド 6と、 上記シリンダ室 4 1内に公転可能に配置されたローラ 7とを備え ている。 そして、 上記各へッ ド 5 , 6が有する軸受部でもって、 上記駆動 軸 2 1の下側部を軸受支持している。 さらに、 この駆動軸 2 1が有する偏 心部 2 2に、 上記ローラ 7を摺動自由に挿入して嵌合している。 したがつ て、 駆動軸 2 1が回転すると、 上記ローラ 7は偏心部 2 2に対して摺接し ながら公転する。

また、 上記駆動軸 2 1の中心に、 給油路 2 3が形成されている。 この耠 油路 2 3は、 上記ケーシング 1の底部油溜め 1 bに開口している。 また、 この辁油路 2 3の入口にボンブ要素 2 4が取付けられている。 さらに、 上 記給油路 2 3の中間出口は、 上記ローラ 7と偏心部 2 2との摺接面に開口 している。 したがって、 上記ポンプ要索 2 4によって、 油溜め l bから汲 上げた潤滑油を、 給油路 2 3から上記摺接面に供辁することができる。 ま た、 図 2において、 1 aは上記ケーシング 1の上部に接続した外部吐出管 である。

また、 第 1図に示すように、 上記シリンダ 4の側壁にシリンダ室 4 1に 開口している吸入口 3 aが形成されている。 また、 この吸入口 3 aの近く で上記シリンダ 4の側壁に上記シリンダ室 4 1に開口している吐出口 3 b が形成されている。 上記吸入□ 3 aからシリンダ室 4 1内にガス流体が吸 入される一方、 上記吐出 0 3 bからシリンダ室 4 1内のガス流体が吐出さ れる。

また、 第 1図に示すように、 上記ローラ 7の外周部に、 ローラ 7の径方 向外方に向けて突出しているブレード 8がー体形成されている。 一方、 上 記シリンダ 4の吸入□ 3 aと吐出口 3 bとの中間内方部に、 円筒形の筒状 保持孔 4 2が形成されている。 そして、 この保持孔 4 2には、 横断面が半 円形状の 2つの半円柱状部材 1 2 , 1 2で構成する支持体 1 1が回転可能 に嵌合されている。 上記半円柱状部材 1 2の相対向する平坦面が受入溝 1 1 aを構成している。 この受入溝 1 1 aは、 一端が上記シリンダ室 4 1内 に連通しており、 この受入溝 1 1 aに上記ブレード 8の先端部 8 aが撐動 自在に挿入されている。 このブレード 8は、 上記シリンダ室 4 1内を圧縮 室 Xと吸入室 Yとに区画する。 また、 吐出口 3 bを開閉する板状の弁体 9 が、 上記吐出口 3 bの出口周りに形成されている弁座面 4 2に密着するよ うに配設されている。 この弁体 9には受板 1 0が貼り合わされている。 そ して、 上記ロータリー圧縮機 C Pは、 上記シリンダ室 4 1内に袷排する作 動流体として、 代替フロン冷媒を用いている。 上記代替フロン冷媒として は、 H F C系の R 1 3 4 a、 または R 4 0 7 cを使用している。 また、 濶 滑油として、 代替フロン冷媒対応油を用いている。 代替フロン冷媒対応油 としては、 エステル油， エーテル油等の合成油を用いている。

上記構成のロータリー圧縮機 C Pにおいて、 上記駆動軸 2 1が駆勳され ると、 上記ローラ 7に設けたブレード 8の突出先端部 8 aが支持体 1 1の 受入 « 1 1 aに沿って出入すると同時に、 支持体 1 1が回動する。 つまり、 上記ブレード 8は、 ローラ 7の公転にしたがって摇動しながら径方向へ進 退動することによって、 シリンダ室 4 1の内部を常に圧縮室 Xと吸入室 Y とに区画する。

上記ローラ圧縮機 C Pによれば、 ローラ 7を、 偏心部 2 2に対し自転す ることなく公転させているときに、 従来と異なり、 ブレード 8の先端部が □ーラ 7の外周面に接触せず、 ブレード 8とローラ 7とが相対移動しない。 したがって、 この形態によれば、 ブレード 8とローラ 7との摺動摩擦が発 生しなくて境界潤滑状態が発生しない。 したがって、 圧縮機内の摺動部の 摩擦損失と動力損失を軽減でき、 焼き付きや油劣化の発生を招くことなく、 作動流体に代替フロン冷媒を用い、 かつ、 潤滑油に代替フロン冷媒対応油 を用いて、 環境保全を図ることができる。

尚、 上記形態において、 上記合成油に替えてフッ素油を使用しても良く、 アルキルベンゼン油を使用してもよい。 さらには、 鉱油を使用してもよい。 また、 上記代替フロン冷媒として、 ハイ ドロフルオールカーボン（H F C ) に分類される物質群の中の複数の物質を混合させた混合冷媒を使用しても よい。

また、 上記実施の形態では、 ローラ 7の外周部にブレード 8を一体形成 したが、 上記ローラ 7にブレード 8の基端一部を挿入可能な取付溝を形成 し、 この取付清内にブレード 8の基端一部を挿入させて接着剤で接着して —体化させてもよい。 さらには、 上記接着剤による接着に替えて、 ロウ付 けでもってブレード 8をローラ 7に一体化させてもよい。 さらに、 上記ブ 十 レード 8の基端部をビン等でもってローラ 7に固定してもよい。

また、 上記支持体 1 1を、 ブレード 8が摺動可能な受入蒋としての切欠 溝が形成されている一つの円柱状部材で樣成してもよい。

〔第 2の実施の形態〕

また、 第 3図に示すように、 上記ローラ 7の内周面 7 aと駆勦軸 2 1の 偏心部 2 2との間に、 筒状メタル 7 2を嵌合してもよい。 この場合には、 代替フ口ン冷媒を使用したことで潤滑性能が低下しても、 上記筒状メタル 7 2の存在によって、 偏心部 2 2とローラ 7とが焼き付くことを防止でき る。

〔第 3の実施の形態〕

次に、 第 4図に、 前述した第 1形態のロータリー圧縮機 C Pが組み込ま れているヒートボンブ式の冷凍装置を示す。

このヒートポンプ式の冷凍装置は、 ロータリ一圧縮機 C Pと利用側熱交 換器 Jとキヤビラリ一チューブ と熱源側熱交換器 Lを含んだ冷凍回路を 有している。 上記利用側熱交換器 Jは、 暖房時に凝縮器となり冷房時に蒸 発器となる。 また、 上記熱源側熱交換器 Lは、 暖房時に蒸発器となり冷房 時に凝縮器となる。 また、 キヤビラリ一チューブ Kは膨張機構として作用 する。 また、 Nは、 ロータリー圧縮接 C Pの吸入側に配設されているアキュ ムレータである。 上記冷凍回路は、 四路切換弁 Mを有し、 この四路切換弁 Mの切り換えによって可逆サイクルを実現できるように配されている S2管 Pを備えている。

上記ロータリ一圧縮機 C Pは、 第 1図に示す第 1形態のロータリー圧縮 接 C Pである。 すなわち、 駆動軸 2 1の偏心部 2 2に嵌合するローラ 7の 径方向外方に、 シリンダ室 4 1内を圧縮室 Xと吸入室 Yとに区画するブレ ード 8が一体的に設けられている。 そして、 上記ブレード 8の突出側先端 部 8 aが、 シリンダ 4に回転可能に支持されている支持体 1 1の受入溝 1 1 aに嵌入されている。

さらに、 上記冷凍回路に循環させる作動流体として、 上記第 1形態と同 様の代替フロン冷媒を使用している。 また、 ロータリー圧縮機 C Pの潤滑 油として、 第 1形態と同様の代替フロン冷媒対応油を使用している。 第 5図に、 上記第 3形態の冷凍装置のキヤビラリーチューブ Kの詰まり 状態と、 第 6図に示すベーン型の従来のロータリー圧縮機を組み込んだ冷 凍装置のキャビラリ一チューブの詰まり状態との比較特性を示す。 この第 5図は、 運転時間が経過するにしたがって洽媒の流量比がどのように変化 するかを示している。 この流 S比の変化は、 キヤビラリ一チューブの詰ま りに起因しておこる。 第 5図において、 白丸印が上記第 2形態のロータリ 一圧縮機を使用した場合での流量比を示し、 黒丸印が第 6図に示す従来の ロータリー圧縮機を使用した場合の流量比を示している。 上記流 S比制定 の実験においては、 運転するルームエアコンを一馬力とし、 代替フロン冷 媒としては H F Cの R l 3 4 aを使用し、 代替フロン冷媒対応油としては エステル油を使用し、 キヤビラリ一チューブの径を 1 mmとした。

第 5図を参照すれば明らかなように、 第 6図の従来のロータリー圧縮機 を使用する場合には、 黑丸印で示したように運転時間 1 0 0 0時間当たり について、 キヤビラリ一チューブの流量比が約 0. 1 3だけ低下するのに 対して、 本発明のロータリー圧縮機を使用した場合には、 白丸印で示した ように運転時間が 2 5 0 0時間以上経過しても流量比の低下は 0. 0 1以 下である。 つまり、 上記本発明の形態によれば、 従来例に比べて、 流 S比 の低下量を桁 *いに減少させることができ、 キヤビラリーチューブの詰ま りがほとんど起こっていないことがわかる。

上に説明したように、 上記第 3形態の冷凍装置によれば、 ロータリー圧 縮機 C P内での油の劣化を招くことなく、 環境安全性を確保するための代 替フロン冷媒を使用できる。 さらに、 キヤピラリーチューブ K内への油の スラッジの付着を防止でき、 冷媒の流量低下を防止でき、 冷凍装置の信頼 性を向上させることができる。 したがって、 上記第 3形態によれば、 環境 の保全と冷凍装置の信頼性の向上とを両立することができる。

尚、 冷凍装置に組み込むロータリー圧縮機 C Pとしては、 前記した第 2 形態のロータリー圧縮機を組み込んでもよいことは言うまでもない。 この 場合には、 摩擦損失および動力損失を一層低減できる。

産業上の利用可能性

以上のように、 本発明の口一タリー圧縮機および冷凍機は、 各種エアコ ンディ ショナ一や冷蔵庫に適用することができる。 特に、 環境の安全性を 確保するための代替フロン冷媒を使用した空気調和機や冷蔵庫に逸用すれ ば、 信頼性向上のために有効である。

Claims

讅 求 の 範 囲

1. 駆動軸（21)の偏心部（22)に回転自在に嵌合するローラ（7)と、 このローラ（7)の外周に一体に固定されると共に、 上記ローラ（7)の径 方向の外方に延びて、 シリンダ（4)内のシリンダ室（41)を圧縮室（X)と 吸入室（Y)とに区画するブレード（8)と、

上記シリンダ（4)に回転可能に支持されており、 上記ブレード（8)の突 出側先端部（8 a)を受け入れて案内する受入溝（11 d)が形成されている 支持体（1ュ）とを備え、

上記シリンダ室（41)内に辁排される作動流体として、 基本的な化学組 成に塩素を含有しない物質を使用した冷媒を用い、

潤滑油として、 上記冷媒に対応した油を用いていることを特徴とする口 一夕リー圧縮機。

2. 請求項 1に記載のロータリー圧縮機において、

上記ローラ（7)の内周面と駆動軸の偏心部（22)との間に挿入された筒 状メタル（72)を備えていることを特徵とするロータリー圧縮機。

3. 講求項 1に記載のロータリー圧縮機において、

上記冷媒は、 ハイ ドロフルオールカーボン（HF C)に分類される物質群 に厲している単一物質であることを特徴とするロータリ一圧縮機。

4. ft求項 1に記載のロータリー圧縮接において、

上記冷媒は、 ハイ ドロフルオールカーボン（HFC)に分類される物質群 に厲している複数の物質が混合された混合冷媒であることを特徴とする口 一タリー圧縮機。

5. ¾求項 1に記載のロータリー圧縮機において、

上記潤滑油は、 エステル油，エーテル油が厲している合成油またはフッ 素油またはアルキルベンゼン油または鉱油の内のいづれかの油であること を特徴とするロータリー圧縮機。

6. 駆動軸（21)の偏心部（22)に回転自在に嵌合するローラ（7)と、 このローラ（7)の外周に一体に固定されると共に、 上記ローラ（7)の S方 向の外方に延びて、 シリンダ（4)内のシリンダ室（41)を圧縮室（X)と吸 入室（Y)とに区画するブレード（8)と、 上記シリンダ（4)に回転可能に支 持されており、 上記ブレード（8)の突出側先端部（8 a)を受け入れて案内 する受入溝（11 d)が形成されている支持体（11)とを含んでいるロータ リー圧縮機（CP)と、

減圧機構としてのキヤビラリ一チューブ（K)とを有する冷凍回路を備え、 上記冷凍回路に循¾させる作勅流体として、 基本的な化学組成に塩素を 含有しない物質である冷媒を用い、

上記圧縮機（CP)の潤滑油として、 上記冷媒に対応した油を用いている ことを特徴とする冷凍装 ffi。

7. 請求項 6に記載の冷凍装置において、

上記冷媒は、 ハイ ドロフルオールカーボン（HF C)に分類される物質群 に厲している単一物質であることを特徴とする冷凍装置。

8 . 請求項 6に記載の冷凍装置において、

上記冷媒は、 ハイ ドロフルオールカーボン（H F C )に分類される物質群 に属している複数の物質を混合させた混合冷媒であることを特徴とする冷 凍装置。

9 . 講求項 6に記載の冷涑装置において、

上記潤滑油は、 エステル油， エーテル油が厲している合成油またはフッ 素油またはアルキルベンゼン油または鉱油の内のいづれかの油であること を特徴とする冷凍装置。