JP2013185496A - ロータリー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリー圧縮機で、可変速により小能力から大能力の広い範囲にわたって効率良く運転することができるようにすること。
【解決手段】下死点８ｄから吐出孔１６に至るクランク軸６の回転範囲内において低速駆動域における規定の圧縮比を満足できる閉じ込み容積を有し、吸入孔１５近傍から下死点８ｄに至るクランク軸６の回転範囲においてシリンダ内壁８ａ位置を外側方向に順次オフセットさせて、ローラ７とシリンダ内壁８ａの相互間隔を大きくする。これにより、低速運転時は設計通りの閉じ込み容積による運転が高効率に達成され、運転速度が増大するにつれてその高速度合に応じた過給がなされて冷媒吐出量が増加し、前記オフセット部２４を経過すると、低速運転時の下死点８ｄから設計閉じ込み容積で圧縮されるのとほぼ同等の変化を行うため、低速〜高速運転までの広い範囲にわたって高い効率が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機、冷蔵庫、給湯機等に用いられるロータリー圧縮機の圧縮機構部に関するものである。

従来、この種のロータリー圧縮機の圧縮機構部は、クランク軸を介して駆動するローラをシリンダ内に設け、同シリンダに設けたベーン溝部に往復摺動自在に収納したベーンを前記ローラに当接させて圧縮機構を成す構造となっている（例えば、特許文献１参照）。

図７は従来のロータリー圧縮機の縦断面図で、図８は図７における圧縮機構部を拡大して示した横断面図、図９は図８の圧縮室閉じ込み時（圧縮開始時）を表した横断面図である。

図７〜図９に示すように、従来のロータリー圧縮機は、密閉容器１の内部に圧縮機構部２を駆動する電動機部３の固定子４が焼嵌固定され、この電動機部３の回転子５は圧縮機構部２を駆動するクランク軸６に焼嵌固定されている。クランク軸６は主軸６ａ、副軸６ｂ、偏心軸６ｃより成り、圧縮機構部２の圧縮機構は、このクランク軸６の偏心軸６ｃを介して駆動されるローラ７と、ローラ７を収納する円筒状気筒を内蔵するシリンダ８と、ローラ７に当接して圧縮室を仕切りシリンダ８内に設けられたベーン溝部９を往復摺動自在としたベーン１０、およびシリンダ８の両端面を密着シール固定すると共にクランク軸６の軸受機能を併せ持つ主軸受１１、副軸受１２により構成される。

シリンダ８内に構成される圧縮室１３は、常にバネ１４によりローラ７に接触するよう押し付け荷重がかけられているベーン１０とローラ７とにより低圧室１３ａと高圧室１３ｂに仕切られている。シリンダ８には吸入孔１５と吐出孔１６があり、吸入孔１５は密閉容器１の外部に設けた吸入接続管１７、アキュムレータ１８を介して冷凍サイクルと連結しており、吐出孔１６は吐出バルブ１９、バルブストップ２０、バルブ固定ボルト２１が取り付けられていて、これらを介して密閉容器１内部に開放されている。また、密閉容器１下部には圧縮機構部２内を潤滑して油シールを行うための潤滑油２３が封入されている。

以上のように構成されたロータリー圧縮機の圧縮機構部２の圧縮工程について説明する。低温低圧の冷媒ガスは、密閉容器１外部より吸入孔１５に導かれ、シリンダ８内の圧縮室１３に至る。圧縮室１３に至った冷媒ガスは、シリンダ８内周面とローラ７とでクランク軸６の回転方向（図８、図９における反時計回り方向）に対して吸入孔１５をほぼ完全に閉塞するシリンダ内壁吸入孔端部８ｃ（このシリンダ内壁吸入孔端部８ｃは凹所を設けて回転方向にずらせてあり、この吸入孔１５をほぼ完全に閉塞するときのクランク軸６の回転角度を、ベーン溝部９位置を原点としてθ３とする）で圧縮工程が開始される（図９参照）。なお、この圧縮の起点は吸入孔１５から連続する形で凹所を設けることによって回転方向にずらせてある。その後、電動機部３の回転子５の回転に伴うクランク軸６の回転運動と共にシリンダ８内面とローラ７とで閉じ込められた三日月状の圧縮室１３は漸次圧縮されながら、吐出孔１６側へ連続的に送られ、規定の圧縮比を満足した時点で吐出バルブ１９が開放して吐出され、密閉容器１内部を満たし、吐出管２２を介して密閉容器１の外部の冷凍サイクルに導かれる。

特開平１１−２２３１９０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、圧縮の起点を吸入孔１５に連続する凹所によって回転方向にずらせたことにより圧縮機の容量を低減する、すなわち一低速でローラ７を駆動する圧縮機において、そのローラ７の外形寸法やクランク軸６の偏心量を変更することなく圧縮機の容量を低減することができるが、近年求められるインバータ駆動による可変速度運転、即ち高速運転や低速運転による見掛け上の大能力化や小能力化における、幅広い運転モードでの高効率化を行う際に、高速運転時において大幅な体積効率の向上が望めず、また省エネ効果の大きい低速運転時において冷媒漏れ損失の増加等により効率が著しく低下する等の課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、可変速により小能力から大能力の広い範囲にわたって効率良く運転することができるロータリー圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のロータリー圧縮機は、電動機部によるロータの旋回回転速度を可変としたロータリー圧縮機であって、そのシリンダは、ベーンと反対方向となる下死点（クランク軸回転角度１８０°）の位置から吐出孔に至るクランク軸の回転範囲内においては低速駆動域における規定の圧縮比を満足できる閉じ込み容積を有し、前記下死点から吸入孔近傍に至るクランク軸回転範囲においてはシリンダ内壁位置を外側半径方向に順次オフセットさせて（オフセット部２４）、ローラとシリンダ内壁の相互間隔を大きくしたものである。

これによって、低速運転時は吸入冷媒を逃がしやすく圧縮室への閉じ込み機能を発揮しないので、冷媒の過給はない。従って、前記下死点から閉じ込みが有効に働いて、設計通りの閉じ込み容積による運転が高効率に達成される。一方、運転速度が増大するにつれて前記オフセット部での冷媒閉じ込み性が高まっていき、圧縮行程は低速運転時に対する高速度合に応じた過給がなされて実際の冷媒吐出量が増加していく上、前記オフセット部を経過すると、前記低速運転時の下死点から設計閉じ込み容積で圧縮されるのとほぼ同等の変化を行うため、圧縮動力の増加が小さく、低速運転から高速運転までの広い範囲にわたって高い効率が得られる。しかも、どの運転速度域でもそれに見合った高効率な運転が安定して達成される。この場合、オフセット部無しで形成する圧縮室を基準より小さく設計して、その分だけ基準運転速度よりも高速運転することにより、冷媒の漏れ損失を低減でき高効率化が実現できる。また、高速運転時には、オフセット部での圧縮開始点形成により大能力、高効率が実現できる。従って、小能力から大能力の広い範囲で高効率化が実現できる。

本発明のロータリー圧縮機は、可変速により小能力から大能力の広い範囲にわたって効率良く運転することができる。

本発明の実施の形態１におけるロータリー圧縮機の圧縮機構部（クランク軸１８０°）の横断面図 本発明の実施の形態１におけるロータリー圧縮機の圧縮機構部（クランク軸θ１°）の横断面図 本発明の実施の形態１におけるロータリー圧縮機の圧縮機構部（クランク軸θ２°）の横断面図 本発明の実施の形態２におけるロータリー圧縮機の圧縮機構部（クランク軸１８０°）の横断面図 本発明の実施の形態２におけるロータリー圧縮機の圧縮機構部（クランク軸θ１°）の横断面図 本発明の実施の形態２におけるロータリー圧縮機の圧縮機構部（クランク軸θ２°）の横断面図 従来及び本発明におけるロータリー圧縮機の縦断面図 従来のロータリー圧縮機における圧縮機構部（クランク軸角度任意）の横断面図 従来のロータリー圧縮機における圧縮機構部（圧縮室閉じ込み時）の横断面図

第１の発明は、図１に示すように、シリンダ８と、前記シリンダの両端面に固定された主軸受１１及び副軸受１２と、前記シリンダ内を旋回回転するローラ７と、前記ローラに旋回回転を与える電動機部３と、前記電動機部からのクランク軸によって旋回回転駆動されるローラに当接し当該ローラの旋回回転に従って前記シリンダに設けられたベーン溝部９を往復摺動運動することにより、前記シリンダ内を低圧室と高圧室とに仕切るベーン１０とを有し、前記電動機部によるロータの旋回回転速度を可変としたロータリー圧縮機であって、前記シリンダは、ベーンと反対方向となる下死点から吐出孔に至るクランク軸の回転範囲内においては低速駆動域における規定の圧縮比を満足できる閉じ込み容積を有し、吸入孔近傍から前記下死点に至るクランク軸回転範囲においてはシリンダ内壁位置を外側半径方向に順次オフセットさせたオフセット部２４を設けて、ローラとシリンダ内壁の相互間隔を大きくした構成としてある。

これにより、低速運転時は吸入冷媒を逃がしやすく圧縮室への閉じ込み機能を発揮しないので、冷媒の過給はない。従って、前記下死点８ｄから閉じ込みが有効に働いて、設計通りの閉じ込み容積による運転が高効率に達成される。一方、運転速度が増大するにつれて前記オフセット部２４での冷媒閉じ込み性が高まっていき、圧縮行程は低速運転時に対する高速度合に応じた過給がなされて実際の冷媒吐出量が増加していく上、前記オフセット部２４を経過すると、前記低速運転時の下死点８ｄから設計閉じ込み容積で圧縮されるのとほぼ同等の変化を行うため、圧縮動力の増加が小さく、低速運転から高速運転までの広い範囲にわたって高い効率が得られる。しかも、どの運転速度域でもそれに見合った高効率な運転が安定して達成される。この場合、オフセット部２４無しで形成する圧縮室を基準より小さく設計して、その分だけ基準運転速度よりも高速運転することにより、冷媒の漏れ損失を低減でき高効率化が実現できる。また、高速運転時には、オフセット部２４での圧縮開始点形成により大能力、高効率が実現できる。従って、小能力から大能力の広い範囲で高効率化が実現できる。

第２の発明は、図４に示すように、特に第１の発明のオフセット部２４を吸入孔側のベーン溝部９ａ長さが、吐出孔側のベーン溝部９ｂ長さと同等以上になるように、吸入孔近傍から吸入孔側のベーン溝部９ａにわたってオフセット量を減らす構成としてあり、これにより、クランク軸回転に伴う圧縮工程において、ベーン１０から低圧室側のシリンダ内径近傍ベーン溝部と、高圧室側のシリンダ外径近傍ベーン溝部とにかかる負荷を軽減でき、加えてベーンのがたつきを抑えて、小能力から大能力の広い範囲で高効率化が実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、説明の重複を避けるため、従来例
と同一部分については、同一符号を付して説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるロータリー圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。

図１において、シリンダ８には従来と同様に、両端面に固定された主軸受１１及び副軸受１２と、前記シリンダ８内を旋回回転するローラ７と、前記ローラ７に旋回回転を与える電動機部３と、前記電動機部３からのクランク軸６によって旋回回転駆動されるローラ７に当接しローラ７の旋回回転に従って前記シリンダ８に設けられたベーン溝部９を往復摺動運動することにより、前記シリンダ８内を低圧室１３ａと高圧室１３ｂとに仕切るベーン１０とが組み込まれている。そしてこの圧縮機では、上記シリンダ８の内壁面が下死点８ｄから吐出孔側のベーン溝部９ｂに至るまで（図１の９ｃ軸に対して右側）従来通りのシリンダ８の円筒状気筒中心を軸とする半円筒形状のシリンダ内壁８ｂとしてあるが、下死点８ｄから吸入孔側のベーン溝部９ａに至るまで（図１の９ｃ軸に対して左側）は従来のシリンダ８の円筒状気筒中心を軸とする半円筒形状のシリンダ内壁８ａ（図８、図９と同じシリンダ内壁面を一点鎖線で示す）に対して外周側に順次径が大きくなるような円弧状のオフセット部２４を設けて、ローラ７とシリンダ８内壁の相互間隔を大きくした構成としてある。

以上のように構成されたロータリー圧縮機の圧縮機構部について、以下その作用、効果を説明する。

まず、低速運転時は図１に示すように、オフセット部２４のために吸入冷媒を吸入孔１５側に逃がしやすくなり、圧縮室への閉じ込み機能を発揮しないので、冷媒の過給はない。従って、前記下死点８ｄから圧縮機構が有効に働いて、設計通りの閉じ込み容積による運転が高効率に達成される。

一方、運転速度が増大するにつれて前記オフセット部２４での冷媒閉じ込み性が高まっていき、すなわち、オフセット部２４壁面とローラ７外周面との間の油膜量が増加して前記両者間でシール機能を発揮し始め、そのシール位置が旋回回転速度に応じて変化する。したがって、前記した如く運転速度が増大するにつれて前記オフセット部２４での冷媒閉じ込み性が高まりその位置が変化していき圧縮行程は低速運転時に対する高速度合に応じた過給がなされて、例えば図２のように圧縮開始点が８ｅの位置（クランク軸６回転角度θ１）となり、実際の冷媒吐出量が増加していく上、吸入孔１５を経過すると図３のように圧縮開始点がシリンダ内壁吸入孔端部８ｃの位置（クランク軸６回転角度θ２）となり、前記低速運転時の下死点８ｄから設計閉じ込み容積で圧縮されるのとほぼ同等の変化を行うため、圧縮動力の増加が小さく、低速運転から高速運転までの広い範囲にわたって高い効率が得られる。しかも、どの運転速度域でもそれに見合った高効率な運転が安定して達成される。この場合、オフセット部２４無しで形成する圧縮室を基準より小さく設計して、その分だけ基準運転速度よりも高速運転することにより、冷媒の漏れ損失を低減でき高効率化が実現できる。また、高速運転時には、オフセット部２４での圧縮開始点形成により大能力、高効率が実現できる。従って、小能力から大能力の広い範囲で高効率化が実現できる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態におけるロータリー圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。

図４において、シリンダ８には従来と同様に、両端面に固定された主軸受１１及び副軸
受１２と、前記シリンダ８内を旋回回転するローラ７と、前記ローラ７に旋回回転を与える電動機部３と、前記電動機部３からのクランク軸６によって旋回回転駆動されるローラ７に当接しローラ７の旋回回転に従って前記シリンダ８に設けられたベーン溝部９を往復摺動運動することにより、前記シリンダ８内を低圧室１３ａと高圧室１３ｂとに仕切るベーン１０とが組み込まれている。そして、この圧縮機は、上記シリンダ８の内壁面が下死点８ｄから吐出孔側のベーン溝部９ｂに至るまで（図４の９ｃ軸に対して右側）従来通りのシリンダ８の円筒状気筒中心を軸とする半円筒形状のシリンダ内壁８ｂとしてあるが、下死点８ｄから吸入孔１５のシリンダ内壁吸入孔端部８ｃに至るまで（図４の９ｃ軸に対して左側は従来のシリンダ８の円筒状気筒中心を軸とする半円筒形状のシリンダ内壁８ａ（図８、９と同じシリンダ内壁面を一点鎖線で示す）に対して外周側に順次径が大きくなるような円弧状のオフセット部２４を設けて、ローラ７とシリンダ８内壁の相互間隔を大きくし、更に前記シリンダ内壁吸入孔端部８ｃから吸入孔側ベーン溝部コーナ２５ａに至るまで、オフセット量を減じたシリンダ内壁２５として、吸入孔側のベーン溝部９ａの長さが、吐出孔側のベーン溝部９ｂ長さと同等以上になるような構成としたものである。

以上のように構成されたロータリー圧縮機の圧縮機構部について、以下その作用、効果を説明する。

まず、低速運転時は図４に示すように、オフセット部２４のために吸入冷媒を逃がしやすくなり、圧縮室への閉じ込み機能を発揮しないので、冷媒の過給はない。従って、前記下死点８ｄから圧縮機構が有効に働いて、設計通りの閉じ込み容積による運転が高効率に達成される。一方、運転速度が増大するにつれて前記オフセット部２４での冷媒閉じ込み性が高まっていき、圧縮行程は低速運転時に対する高速度合に応じた過給がなされて、例えば図５のように圧縮開始点が８ｅの位置（クランク軸６回転角度θ１）となり、実際の冷媒吐出量が増加していく上、吸入孔１５を経過すると図６のように圧縮開始点がシリンダ内壁吸入孔端部８ｃの位置（クランク軸６回転角度θ２）となり、前記低速運転時の下死点８ｄから設計閉じ込み容積で圧縮されるのとほぼ同等の変化を行うため、圧縮動力の増加が小さく、低速運転から高速運転までの広い範囲にわたって高い効率が得られる。しかも、どの運転速度域でもそれに見合った高効率な運転が安定して達成される。この場合、オフセット部２４無しで形成する圧縮室を基準より小さく設計して、その分だけ基準運転速度よりも高速運転することにより、冷媒の漏れ損失を低減でき高効率化が実現できる。また、高速運転時には、オフセット部２４での圧縮開始点形成により大能力、高効率が実現できる。従って、小能力から大能力の広い範囲で高効率化が実現できる。

また、本実施の形態では吸入孔側のベーン溝部９ａの長さが吐出孔側のベーン溝部９ｂの長さと同等以上の設計であるため、圧縮工程においてベーン１０が受ける低圧室１３ａと高圧室１３ｂの差圧とローラ７の旋回回転で受ける荷重によるベーン１０とベーン溝部９間の面圧増加に伴う摩擦力の増加を防いだり、傾きやすさを防止して安定した摺動往復運動ができるため、騒音増加を防止し、小能力から大能力の広い範囲で安定した運転ができる圧縮機構を実現できる。

以上のように、本発明にかかるロータリー圧縮機は、小能力から大能力の広い範囲にわたって圧縮機構部の効率向上を実現することが出来るため、圧縮機以外にも、例えば真空ポンプやオイルポンプ等のポンプ機器等の用途にも応用できる。

１ 密閉容器
２ 圧縮機構部
３ 電動機部
４ 固定子
５ 回転子
６ クランク軸
６ａ 主軸
６ｂ 副軸
６ｃ 偏心軸
７ ローラ
８ シリンダ
８ａ シリンダ内壁
８ｂ シリンダ内壁
８ｃ シリンダ内壁吸入孔端部
８ｄ 下死点
９ ベーン溝部
９ａ 吸入孔側のベーン溝部
９ｂ 吐出孔側のベーン溝部
１０ ベーン
１１ 主軸受
１２ 副軸受
１３ 圧縮室
１３ａ 低圧室
１３ｂ 高圧室
１４ バネ
１５ 吸入孔
１６ 吐出孔
１７ 吸入接続管
１８ アキュムレータ
１９ 吐出バルブ
２０ バルブストップ
２１ バルブ固定ボルト
２２ 吐出管
２３ 潤滑油
２４ オフセット部
２５ オフセット量を減じたシリンダ内壁
２５ａ 吸入孔側ベーン溝部コーナ

Claims (2)

1. シリンダと、前記シリンダの両端面に固定された主軸受及び副軸受と、前記シリンダ内を旋回回転するローラと、前記ローラに旋回回転を与える電動機部と、前記電動機部からのクランク軸によって旋回回転駆動されるローラに当接し当該ローラの旋回回転に従って前記シリンダに設けられたベーン溝部を往復摺動運動することにより、前記シリンダ内を低圧室と高圧室とに仕切るベーンとを有し、前記電動機部によるロータの旋回回転速度を可変としたロータリー圧縮機であって、前記シリンダは、前記ベーンと反対方向となる下死点から吐出孔に至るクランク軸の回転範囲内においては低速駆動域における規定の圧縮比を満足できる閉じ込み容積を有し、吸入孔近傍から前記下死点に至るクランク軸回転範囲においてはシリンダ内壁位置を外側半径方向に順次オフセットさせて、ローラとシリンダ内壁の相互間隔を大きくしたことを特徴とするロータリー圧縮機。
2. 吸入孔側のベーン溝部長さが、吐出孔側のベーン溝部長さと同等以上になるように、吸入孔近傍から吸入孔側のベーン溝部にわたってオフセット量を減らしたことを特徴とする請求項１に記載のロータリー圧縮機。