WO2014057602A1 - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

　マフラ出口から吐出される冷媒の圧力脈動を十分に低減することにより、高い騒音低減効果が得られる圧縮機を提供する。　ロータリ圧縮機１は、シャフト１２３の回転に伴って冷媒を圧縮する圧縮機構２０と、圧縮機構２０に対向してシャフト１２３の周りに設けられるとともに、圧縮機構２０から吐出される冷媒を受け止めるマフラ３０と、を備えている。マフラ３０内の冷媒を吐出するためのマフラ出口３８は、シャフト１２３の外周に沿って環状に開口している。マフラ３０内のシャフト１２３の周りには、マフラ出口３８に向かう冷媒の流路がシャフト１２３の長さ方向に狭められた絞り３６が形成されている。

Description

圧縮機

　本発明は、圧縮機に関する。

　冷凍サイクルに用いられるロータリ圧縮機は、吸入管を通じて内部に冷媒が吸入されるシリンダと、シリンダ内部で偏心して回転されるピストンロータとを備えている（例えば、特許文献１）。ピストンロータは、シャフトの偏心軸部に固定されており、シリンダの軸方向両側には、シャフトを回転可能に支持する軸受が配置されている。シリンダの内部がそれらの軸受により閉塞されることによって圧縮室が形成されている。
　圧縮室に吸入された冷媒は、ピストンロータの回転に伴って圧縮され、軸受に形成された吐出ポートから周期的に吐出される。その吐出ポートから噴出される冷媒を受け止めて圧力脈動を低減するため、軸受を覆うようにマフラが設けられている。マフラは、軸受から離れる向きに膨らんだ形状をしており、その膨出した壁を貫通する円形のマフラ出口が形成されている。

　マフラは、その内面に冷媒を衝突させることで、冷媒の圧力脈動を低減するが、近年の高出力化された圧縮機にあっては、圧力脈動を低減するのが難しい。マフラ出口から圧力脈動の大きい冷媒が吐出されると、マフラの外部で大きな騒音が発生する。そのため、マフラ出口から吐出される冷媒の圧力脈動を極力小さくするのが望まれる。
　ここで、圧力脈動は、マフラの内部空間の形状に応じて定まる固有の共鳴特性に関係する。特許文献１では、騒音を低減するため、マフラの２つの出口をマフラ内の１次共鳴モードの節の近傍に配置するとともに、それらの出口を２次共鳴モードの腹の位置からずらすため、マフラの平面形状を非対称としている。

特許第４９１１１４７号

　特許文献１では、マフラの出口を１次共鳴モードおよび２次共鳴モードの腹の位置を避けて配置しているものの、実際には、２次共鳴モードの腹の位置からマフラ出口が完全には脱しておらず、腹位置の圧力変動の大きい冷媒がマフラ出口から吐出されてしまう。また、特許文献１のマフラ出口の位置は、３次以上の共鳴モードを考えると、いずれかの共鳴モードの腹の近傍には必ず該当する。
　なお、以上で述べた課題は、スクロール圧縮機などの他の種類の圧縮機でも同様に存在する。

　以上のような課題に基づいて、本発明は、マフラ出口から吐出される冷媒の圧力脈動を十分に低減することにより、高い騒音低減効果が得られる圧縮機を提供することを目的とする。

　特許文献１のようにマフラの平面形状を工夫するだけでは、上述のように、マフラ出口がいずれかの共鳴モードの腹の近傍に位置することとなる。
　そこでなされた本発明の圧縮機は、シャフトの回転に伴って冷媒を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構に対向してシャフトの周りに設けられるとともに、圧縮機構から吐出される冷媒を受け止めるマフラと、を備えている。
　そして、本発明は、マフラ内の冷媒を吐出するためのマフラ出口が、シャフトの外周に沿って環状に開口し、マフラ内のシャフトの周りには、マフラ出口に向かう冷媒の流路がシャフトの長さ方向に狭められた絞りが形成されていることを特徴とする。
　本発明における絞りは、マフラ内に、シャフトの外周を包囲する包囲部を配置することで形成することができる。その絞りは、包囲部の長さ方向の端部に臨んでいる。
　本発明における「シャフトの周り」には、軸受など、シャフトの周りに配置される部材の周りも含まれる。

　この発明によれば、マフラ出口がシャフトの外周に沿って配置されることにより、マフラ出口はいずれの共鳴モードでも、圧力脈動が最小となる節の近傍に位置する。
　しかも、絞りの作用により冷媒の圧力脈動を低減し、その冷媒をシャフトの周りの節近傍を通し、圧力脈動が低い状態のままマフラ出口から吐出することができる。
　その結果、マフラ出口から吐出される冷媒の圧力脈動が共鳴モードの節の位置と同等に小さくなるので、マフラ外部の騒音を低減する高い効果が得られる。
　さらに、本実施形態では、あらゆる共鳴モードの節の近傍からマフラ内の冷媒を吐出できるので、マフラの形状を特定のモードに基づいて非対称にする必要がない。これにより、マフラの設計自由度を向上させることができる。

　本発明の圧縮機では、包囲部は、マフラの本体に設けられてマフラ内に突出し、包囲部とシャフトとの間には、シャフトに沿って流路が形成され、絞りは、流路を介してマフラ出口に連通することが好ましい。
　こうすれば、絞りからマフラ出口までの間の流路により、冷媒がシャフトに沿って整流されるので、騒音低減に寄与できる。

　本発明における包囲部は、例えば、深絞りにより、マフラの本体に一体に連続し、マフラの内側に向けて括れるように構成することもできる。
　あるいは、包囲部は、マフラの本体とは別体の筒体として構成することもできる。こうすると、マフラ本体に包囲部を固定するだけでマフラを製作できるので、加工性が良好となる。また、包囲部を深絞りにより形成するのよりも、包囲部とシャフトとの間の隙間の寸法精度が高くなるので、品質を安定させ易い。
　さらに、包囲部の軸長を長くすれば、絞りを容易に狭められるので、圧力脈動をより十分に低減できる。

　本発明の圧縮機によれば、マフラ出口から吐出される冷媒の圧力脈動を十分に低減することにより、高い騒音低減効果が得られる。

本発明の第１実施形態に係るロータリ圧縮機の縦断面図である。 図１の圧縮機のマフラの断面図である。 （ａ）は、１次共鳴モードを示すマフラの平面模式図であり、（ｂ）は、２次共鳴モードを示すマフラの平面模式図である。（ｃ）は、マフラを固定するボルトの位置を説明するための平面模式図である。 本発明の第２実施形態に係るマフラの断面図である。 本発明の変形例に係るマフラの断面図である。

　以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
　空気調和機や冷凍機などに用いられるロータリ圧縮機１は、図１に示すように、略円筒状のケース１１と、ケース１１内に収容されるモータ１２と、ケース１１内でモータ１２によって駆動される圧縮機構２０とを備えており、図示しない冷媒回路に接続されている。

　ケース１１は、筒状の胴体１１０と、胴体１１０の上端に設けられる上蓋１１１と、胴体１１０の下端に設けられる底蓋１１２とを有している。このケース１１の内部にモータ１２および圧縮機構２０が密閉される。
　胴体１１０には、冷媒を圧縮機構２０に吸入するための吸入管１５が設けられている。吸入冷媒は、圧縮機構２０により圧縮され、ケース１１内に放出されて充満する。その高圧冷媒は、上蓋１１１に設けられる吐出管１７を通じて冷媒回路へと吐出される。

　モータ１２は、ケース１１の内周面に固定されるステータ１２１と、ステータ１２１の内側に配置されるとともにステータ１２１への通電により回転されるロータ１２２とを備えている。ステータ１２１の外周部には、圧縮機構２０から吐出される冷媒を上方に通過させる縦溝１２１Ａが形成されている。
　モータ１２による回転駆動力は、ロータ１２２に固定されたシャフト１２３に出力される。シャフト１２３は、鉛直方向に沿って配置されており、ロータ１２２よりも下方に延出している。

　圧縮機構２０は、シャフト１２３の軸心に対して偏心した偏心軸部２１と、偏心軸部２１の外周に嵌合されるピストンロータ２２と、内部にピストンロータ２２が配置されるシリンダ２３と、シャフト１２３を回転可能に支持する第１軸受２４および第２軸受２５と、を備えている。この圧縮機構２０は、シリンダ２３内に形成される圧縮室２０Ｐの容積をピストンロータ２２の回転に伴って次第に減少させることで冷媒を圧縮する。

　偏心軸部２１は、第１軸受２４と第２軸受２５との間でシャフト１２３に一体に形成されており、シャフト１２３の軸回りに旋回される。
　ピストンロータ２２は、偏心軸部２１の旋回に伴ってシリンダ２３内で回転される。

　シリンダ２３は、ピストンロータ２２の外周面と摺接する円筒面状の内周面を有している。その内周面の軸心は、シャフト１２３の軸心に一致する。シリンダ２３の内部は、第１軸受２４および第２軸受２５によって閉塞されている。
　シリンダ２３には、図示を省略するが、シリンダ２３の内部を吸入側と吐出側とに仕切るブレード、およびブレードを押さえるバネが設けられている。そのブレードの近傍には、シリンダ２３の側壁を貫通する吸入ポート２６が形成されている。吸入ポート２６は、吸入管１５に接続されている。
　このシリンダ２３は、ケース１１の内壁に固定されており、シリンダ２３の上下端面に第１軸受２４および第２軸受２５が固定されている。

　シリンダ２３よりも上方に位置する第１軸受２４は、シリンダ２３に固定される円盤状の固定部２４１と、固定部２４１の中央部から上方に立ち上がり、シャフト１２３の外周と摺動される摺動部２４２とを有している。
　固定部２４１には、シリンダ２３内に開口する吐出ポート２７（破線で示す）が厚み方向に貫通して形成されている。ピストンロータ２２の回転により圧縮室２０Ｐが最小の容積となると、シリンダ２３の内周面の近くに形成された吐出ポート２７を通じて、圧縮室２０Ｐ内の冷媒が吐出される。吐出ポート２７には、圧縮室２０Ｐ内の冷媒圧力が所定値以上になると開くリード弁（図示せず）が設けられている。
　摺動部２４２の周りには、固定部２４１の上面に対向してマフラ３０が設けられている。マフラ３０は、冷媒の圧力脈動を低減し、そのマフラ出口３８からケース１１内に冷媒を吐出する。

　本実施形態のロータリ圧縮機１は、図２に示すマフラ３０の構造に特徴を有する。マフラ３０は、吐出ポート２７から吐出される冷媒のために、固定部２４１の上面との間に吐出チャンバ３０Ａを形成している。
　平面視で略環状に形成されるマフラ３０は、吐出ポート２７から噴出される冷媒を受け止めるマフラ本体３１と、摺動部２４２の外周を包囲する包囲部３２と、マフラ出口３８を形成する整流部３３とを備えている。マフラ３０は、深絞りにより、マフラ本体３１、包囲部３２、および整流部３３が一体に形成されている。

　マフラ本体３１の外周縁部３１１は、固定部２４１に図示しないボルトで固定されている。なお、本実施形態のマフラ本体３１は、ドーム状に形成されているが、その形状は任意である。
　マフラ本体３１の内周縁部３１２には、マフラ３０の内側に向けて括れるように、包囲部３２が連続している。
　包囲部３２は、マフラ本体３１の内周縁部３１２から下方に屈曲し、さらに、固定部２４１の上面の近傍で上方に折り返すように屈曲し、そして、マフラ本体３１よりも上方に位置する円筒状の整流部３３に連続するように形成されている。包囲部３２の先端３２Ａは曲面状とされている。この先端３２Ａと、固定部２４１の上面との間に残される高さ方向の隙間が、冷媒を通過させる絞り３６に相当する。絞り３６は、摺動部２４２の周囲に全周に亘り形成されている。

　包囲部３２および整流部３３の内側には、シャフト１２３および摺動部２４２が挿通されている。これら包囲部３２および整流部３３の内径は、摺動部２４２の外径よりも大きく設定されている。そのため、摺動部２４２と、包囲部３２および整流部３３との間には、冷媒が流れる流路３７がシャフト１２３に沿って形成されている。この流路３７の終端が、摺動部２４２の外周に沿って円環状に開口するマフラ出口３８とされている。流路３７を介して、絞り３６がマフラ出口３８に連通している。

　本実施形態のロータリ圧縮機１は、冷媒回路に接続される図示しないアキュムレータ（気液分離器）から、吸入管１５を介して圧縮室２０Ｐ内に吸入される低圧の冷媒ガスをピストンロータ２２の回転に伴って圧縮し、圧縮冷媒を吐出ポート２７からマフラ３０内に吐出する。そして、マフラ出口３８からケース１１内に吐出される冷媒は、ステータ１２１の縦溝１２１Ａを通ってケース１１の上部空間に流れ、吐出管１７を介して外部の冷媒回路へと吐出される。

　ここで、マフラ３０内の冷媒は、マフラ３０の固有の共鳴特性の下、膨張および収縮を繰り返しながら共鳴している。そこには、図３（ａ）に示す１次共鳴モード、および図３（ｂ）に示す２次共鳴モードのみならず、３次以上の共鳴モードも存在する。マフラ出口３８が、各共鳴モードで圧力変動の小さい節Ｎの近傍に形成されていると、マフラ３０の外部に圧力変動の大きい冷媒が吐出されるのを避けられるので、騒音を低減できる。

　もし、マフラ本体３１を上面から貫通するようにマフラ出口を形成するとすれば、例えば、図３（ａ）に示すように、節Ｎの脇にマフラ出口９８（二点鎖線で示す）を設けることとなる。しかし、マフラ出口９８の位置は、図３（ｂ）に示す２次共鳴モードの腹ＡＮの近傍に該当する。マフラ出口９８を２次共鳴モードの腹ＡＮの位置からずらすため、マフラ３０の平面形状を非対称としても、マフラ出口９８は、重畳する高次の共鳴モードの腹ＡＮの近傍には必ず該当する。

　そこで、本実施形態では、摺動部２４２の外周に沿ってマフラ出口３８を配置するのに加えて、マフラ３０内に包囲部３２を配置することで、包囲部３２の先端３２Ａに臨む絞り３６を形成している。
　ここで、マフラ出口３８が摺動部２４２の外周に沿って配置されることにより、マフラ出口３８はいずれの共鳴モードでも節Ｎの近傍に位置する。
　しかも、包囲部３２により形成される絞り３６の作用により冷媒の圧力脈動を低減し、その冷媒をシャフト１２３の周りの節Ｎ近傍を通し、圧力脈動が低い状態のままマフラ出口３８から吐出することができる。
　したがって、マフラ出口３８から吐出される冷媒の圧力脈動が共鳴モードの節Ｎの位置と同等に小さくなるので、マフラ３０外部の騒音を低減する高い効果が得られる。
　また、絞り３６からマフラ出口３８までの間の流路３７により、冷媒がシャフト１２３に沿って整流されることも、騒音低減に寄与する。
　そして絞り３６の方向（高さ方向）と、マフラ出口３８の絞りの方向（平面方向）とが交差しており、マフラ３０の入り口（吐出ポート２７）からマフラ出口３８に向けて冷媒圧力が伝搬する間に、水平方向に進行する平面波成分が、絞り３６で絞られた上に、マフラ出口３８に向けて方向転換されるので，その分、圧力脈動の低減に寄与できる。
　さらに、本実施形態では、あらゆる共鳴モードの節Ｎの近傍からマフラ３０内の冷媒を吐出できるので、マフラ３０の形状を特定のモードに基づいて非対称にする必要がない。本実施形態のマフラ３０は、包囲部３２を備えているほかは、任意の形状とできるので、マフラ３０の設計自由度を向上させることができる。
　そして、マフラ３０を固定するボルトの位置にも制約がない。例えば、図３（ｃ）に示すように、ボルトが挿入される複数のボルト孔３９を形成するために、マフラ本体３１が円周上の複数箇所で平面中心に向けて括れた形状とすると、マフラ３０の共鳴特性が変わるが、節および腹の位置を考慮することなく、ボルト孔３９を任意の位置に設定できる。

〔第２実施形態〕
　次に、本発明の第２実施形態について図４を参照して説明する。
　以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
　第２実施形態におけるマフラ４０は、別体とされるマフラ本体４１および包囲部４２を備えている。
　マフラ本体４１は、深絞りにより、第１実施形態のマフラ本体３１とほぼ同様に形成されており、中央に、包囲部４２が挿通される開口４１Ａが形成されている。マフラ本体４１の開口４１Ａの内周面に、締まり嵌め、焼き嵌め等で包囲部４２が固定されている。
　包囲部４２は、押し出し加工などにより、内径が摺動部２４２の外径よりも大きい円筒体に形成されている。包囲部４２の下端４２Ａ側が上述の包囲部３２に相当するとともに、包囲部４２の上端４２Ｂ側が上述の整流部３３に相当する。
　包囲部４２の内周面と摺動部２４２の外周面との間には、流路３７が形成されている。
　包囲部４２の下端４２Ａと固定部２４１の上面との間には、絞り３６が形成されている。

　本実施形態のマフラ本体４１は、屈曲する部分を持たないので、容易に深絞り加工できる。そのマフラ本体４１に包囲部４２を固定するだけでマフラ４０を製作できるので、加工性を向上させることができる。
　また、包囲部３２を深絞りにより形成するのよりも、包囲部４２と摺動部２４２との間の隙間の寸法精度が高いので、品質を安定させ易い。
　さらに、本実施形態では、包囲部４２を軸方向に長くすれば、絞り３６の開口を容易に小さくできるので、冷媒の圧力脈動をより十分に低減できる。

　マフラは、加工性を考慮して、用いる部材および加工方法を適宜選択できる。例えば、マフラ本体４１の側面部４１１を円筒部材により形成し、その円筒部材の上端面に、マフラ本体４１の上面４１２に相当する板部材を溶接することもできる。

　次に、本発明の変形例を示す。
　図５（ａ）に示すように、固定部２４１から立ち上がる包囲部５２を設けることもできる。包囲部５２と摺動部２４２との間に流路は形成されていない。一方、マフラ本体４１の内周部とシャフト１２３の外周面との間には流路５７が形成されており、その流路５７の終端が、摺動部２４２の外周に沿って円環状に開口するマフラ出口３８とされている。
　包囲部５２の先端５２Ａは、流路５７の近くまで延び、マフラ本体４１との間に絞り５６を形成している。絞り５６は、摺動部２４２の周囲に全周に亘り形成されている。
　以上のような構成によっても、絞り５６の作用により冷媒の圧力脈動を十分に低減できる上、マフラ本体４１に包囲部５２が連続していないので、マフラの加工性を向上させることができる。

　また、図５（ｂ）に示すように、マフラ本体４１の内周部から下方に突出する包囲部５３を形成することもできる。包囲部５３と摺動部２４２との間には流路３７が形成されている。深絞りにより、マフラ本体４１と包囲部５３とは一体に形成されている。このマフラは、折り返すように（ヘアピン状に）屈曲する部分を持たないので、深絞り加工が容易である。
　このような構成によっても、包囲部５３が固定部２４１の上面との間に形成する絞り３６の作用により、冷媒の圧力脈動を十分に低減できる。
　この図５（ｂ）に示すように、流路３７をマフラ本体４１よりも上方には形成しないようにしてもよい。上述の実施形態および他の変形例の流路３７，５７についても同様である。

　本発明の主旨を逸脱しない限り、上記で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
　本発明における絞りは、固定部２４１の上面近傍、またはマフラ本体４１の内周部近傍には限らず、マフラの高さの中間の位置に形成することもできる。その場合、例えば、固定部２４１から立ち上がる包囲部と、マフラ本体４１に固定されて下方に延びる包囲部とを形成し、両者の端部の間に絞りを形成すればよい。
　また、図５（ａ）に示す包囲部５２を設けるのに代えて、マフラ内に位置する摺動部２４２の部分を大径としても等価となる。

　上述のマフラは、シャフト１２３を包囲する第１軸受２４の摺動部２４２の周りに設けられているが、圧縮機の構造によっては、マフラが設けられる位置に軸受がない場合もありうる。そのとき包囲部は、摺動部２４２を介さずにシャフト１２３を直接包囲する。

　マフラの内部空間を複数の区画に仕切り、圧縮機構２０から吐出される冷媒の圧力脈動が各区画を経ることで次第に減少するように構成することもできる。それによって圧力脈動の周波数を下げれば、可聴周波数帯域や、周辺の部材と共振し易い周波数帯域で膨張・収縮する冷媒がマフラから吐出されるのを避けることができるので騒音抑制効果を高められる。

　本発明は、２組のシリンダおよびピストンロータを備えるツインロータリ圧縮機にも適用できる。また、本発明は、一方のスクロールに対して他方のスクロールを公転旋回運動させるスクロール圧縮機も含め、各種の圧縮機に適用できる。

１　　　ロータリ圧縮機
１１　　ケース
１２　　モータ
１５　　吸入管
１７　　吐出管
２０　　圧縮機構
２２　　ピストンロータ
２３　　シリンダ
２４　　第１軸受
２５　　第２軸受
２６　　吸入ポート
２７　　吐出ポート
３０，４０　マフラ
３０Ａ　吐出チャンバ
３１　　マフラ本体
３２，４２，５２，５３　　包囲部
３３　　整流部
３６，５６　絞り
３７，５７　流路
３８　　マフラ出口
３９　　ボルト孔
４１　　マフラ本体
１２１　ステータ
１２１Ａ　縦溝
１２２　ロータ
１２３　シャフト
２４１　固定部
２４２　摺動部
ＡＮ　　腹
Ｎ　　　節

Claims (5)

1. 　シャフトの回転に伴って冷媒を圧縮する圧縮機構と、
   　前記圧縮機構に対向して前記シャフトの周りに設けられるとともに、前記圧縮機構から吐出される冷媒を受け止めるマフラと、を備え、
   　前記マフラ内の冷媒を吐出するためのマフラ出口が、前記シャフトの外周に沿って環状に開口し、
   　前記マフラ内の前記シャフトの周りには、前記マフラ出口に向かう冷媒の流路が前記シャフトの長さ方向に狭められた絞りが形成されている、
   ことを特徴とする圧縮機。
2. 　前記絞りは、前記マフラ内で前記シャフトの外周を包囲する包囲部の長さ方向の端部に臨んで形成されている、
   請求項１に記載の圧縮機。
3. 　前記包囲部は、前記マフラの本体に設けられて前記マフラ内に突出し、
   　前記包囲部と前記シャフトとの間には、前記シャフトに沿って流路が形成され、
   　前記絞りは、前記流路を介して前記マフラ出口に連通する、
   請求項２に記載の圧縮機。
4. 　前記包囲部は、前記マフラの本体に一体に連続し、前記マフラの内側に向けて括れている、
   請求項３に記載の圧縮機。
5. 　前記包囲部は、前記マフラの本体とは別体の筒体とされている、
   請求項３に記載の圧縮機。

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