JPH01237372A

JPH01237372A - 過給式圧縮機

Info

Publication number: JPH01237372A
Application number: JP63063372A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Suga; 菅　恒夫; Yozo Nakamura; 中村　庸藏
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1989-09-21
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: JP2619467B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、冷蔵庫、空調機等に使用されているロータリ
圧縮機に係り、特に圧縮機の全運転域での性能を向上す
るのに好適な慣性過給機構に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の装置は、実開昭５７−４０６７９号公報
に記載のように、吸入管の長さを変えるために圧縮機の
吸入管と蒸発器の出口側の管の両管に対し摺動自在に嵌
合したＵ字形吸入管を駆動装置で動かす方式となってい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、Ｕ字形吸入管を出し入れする構造であ
るため、吸入管長さを短かくすることはできず、高速側
の慣性過給機能は望めない、気体の洩れを防止するため
の精密なシールが必要であり、吸入管等の加工精度が要
求されるという問題があった。

圧縮機をインバータを用いて回転数制御した場合、高速
運転域では、第５図に示したように吸入側の圧力損失な
どのため体積効率は低下する。そのため、必要な冷媒循
環量を得るためには、圧縮機の理論容量を大きくするか
、圧縮機をより高速化させる必要がある。理論容積を大
きくすると低速側ではより低速で運転することになり、
洩れのため体積効率が低下する問題が生じてくる。又、
圧縮機をより高速化して運転すると軸受の寿命が短かく
なり、軸受の信頼性上問題となる。従来の技術はこれら
の点について配慮がなされておらず、シールの問題を解
決して圧縮機の全運転域で体積効率を向上すれば、圧縮
機を小形化でき、かつ上記問題点を解決できる。

本発明の目的は、圧縮機の全運転域において、体積効率
を向上することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、圧縮機構部と、その
圧縮機構部の吸入側に設けられた緩衝空間容器と吸入管
を備えた、過給式圧縮機において、圧縮機の充填効率が
１を超える範囲の吸入管の流動抵抗係数μと慣性過給特
性数ｚｏを満たすように吸入管の断面積を定め、吸入管
内の１次モードの気柱振動数と圧縮機の回転速度が同調
するように吸入管の長さの可変装置を設けることにより
達成される。

〔作用〕

圧縮機の回転速度を検知して、吸入管の１次モードの気
柱振動数と前記圧縮機の回転速度が同調するように吸入
管長さの可変手段を制御する。この時、圧縮機の充填効
率が１を超えるように吸入管の断面積を定めているため
、圧縮機の体積効率を向上できる。

〔実施例〕

ロータリ圧縮機の吸入側は、第４図に示したように圧縮
機に液冷媒が吸入されるのを防止するためのアキュムレ
ータ１０．アキュムレータ出口から圧縮機の吸入口まで
をつなぐ吸入パイプ１２、圧縮機構部３などからなる。

ケーシング１内に電動機部２．シリンダ５．上部軸受６
．下部軸受７゜ローラ８．吐出口９がそれぞれ図のよう
に配置されている。第６図に示すインバータ駆動袋［１
５により圧縮機が駆動され、シャフト５が回転すると吸
入行程での吸入室の容積は第７図で示したように変化す
る。吸入行程に入ると吸入室内の圧力が低下するため吸
入パイプ内の冷媒ガスは圧縮機構部へ向って加速されは
じめる。ガスの流れが生じるとパイプ内面での摩擦が生
じる。加速された冷媒ガスは慣性力を与えられ、圧縮機
構部に一度吸入されたガスはガスばねのように作用する
。ことなる。ここで、Ｘ：吸入パイプ内気柱の移動距離
、ｒ：管摩擦や吸入パイプの絞りなどを含んだ抵抗係数
、Ｌ■　：吸入パイプの有効長さ、ρ０　：気体の密度
、Ｐｏ　：アキュムレータ内圧力、ｐ　（Ｏ）　　ニジ
リンダ内圧力である。これを無次元化するととなる。又、である。ここで、Ａｓは管路の断面積、Ｖｈは行ωはシ
ャフトの回転角速度、■（θ）は回転角度θでの吸入側
のシリンダ容積、ａ（＋は音速である。

慣性過給効果は、吸入行程が終了するときに加速された
ガスが慣性力によりガスばね作用、摩擦力に打ち勝って
余分に押し込まれる現象で、圧縮機の充填効率向上とな
って現われる。しかし、その効果を最大にするためには
、吸入行程が終了する時に閉じ込み寸前の上式で示すｑ
の値が大きくなければならない。上式を解いた計算結果
を第８図に示す。流動抵抗係数μが大きくなると慣性力
そのものが小さくなるため、慣性過給の効果はなくなる
。従って、流量抵抗係数はできるだけ小さくしなければ
ならず、効果が見込めるのは、充填効率ｑが１を越える
μ＝０．５未満である。例えばμ＝０．５では、慣性過
給特性数Ｚｏを大きくして充填効率ｑは１を越えない。

又、慣性過給効果がある慣性過給特性数Ｚｏの範囲は約
０．６　以上とすれば良い。

であり、であるから、吸入パイプ断面積Ａｓを、管の出入口等の
抵抗係数をλ、管摩擦係数をνとしてとなる。従って、
管断面積Ａｓを小さくするに従い、μは単調増加となり
、μ＝０．５　とする管断面Ａｓｚを、ただ１つ決定で
きる。又、７．　ｏ　＝　０　、６とする管断面積ＡＳ
２は、となる。以上より吸気管断面積は、Ａ　ｓ　１＜　Ａ　ｓ　＜　Ａ　Ｓ　２の範囲に選定す
る。

しかし、慣性過給効果を得るためには、これだけでは不
十分であり、第９図に示した実験結果で分るように、慣
性過給特性数Ｚｏに対し、体積効率η７がピークを示す
条件がある。すなわち、十分な慣性過給効果を得るため
には、吸入行程が周期的に変動するため生じる管内の圧
力変動を大きくして脈動効果を併用し、吸入行程終了時
の閉じ込み圧力を高くしてやる必要がある。吸気管系の
ｍ次の固有振動数ｆ１は、行程容積を加味した等価な管
路長をＬｖ（Ｌｖ＝Ｌｓ＋Ｖｈ−Ａｓ）、音速をａＯと
してＬｖとなる。圧縮機の運転周波数をｎとしてその比を振動数
比にと定義し、ｍ＝１の１次モードについて第９図の実
験データを振動数比に対して整理すると、第１０図に示
したように振動数比が１近傍で効果があることが分る。

このように、慣性過給効果を得るためには、（１）流動
抵抗係数μを０．５未満、（２）慣性過給特性数Ｚｏを０．６以上、（３）管路系
の共鳴周波数の１次モードと圧縮機の運転周波数の比を
１近傍とすることが必要である。

以下、本発明の実施例を第１〜第３図により説明する。

本発明は、ローリングピストン形ロータリ圧縮機に適用
でき、冷蔵庫に用いられる行程容積３ｄ／ｒｅｖぐらい
の小形の圧縮機から空調機に用いられる５　０　ｃｘｌ
　／　ｒｅｖぐらいまでの中形圧縮機にまで通常適用す
る。又、ガスは普通冷蔵庫では冷媒Ｒ−１２が用いられ
、空調機では冷媒Ｒ−２２が用いられる。

本発明を実施する上での構成要件は、前記したように、
充填効率が１を越えるように吸入管断面積を決定してお
き、圧縮機の回転速度と音速を検知してモード１次の共
鳴周波数を同調するように吸入管長さを次々と切換える
ことであり、高速域においてもその効果を失なわないよ
うに、吸入管長さを短くできる吸入管長さ可変装置構造
とすることである。

第１図で示した実施例では、吸入管長さ可変装置１４を
らせん状に巻いた長さ切換え用通路２２の各１巻間の間
に連通孔を設け、連通孔切換板２３に同時に仕切板２６
の一方側では２つ以上の穴が連通しないように連通孔２
４を配置させる。

この連通孔切換え板２３はモータ２５を回転させること
によって軸２８のまわりに回転する。又、仕切板２６に
は、連通孔２４及び吸入口連通孔２７が連通しないモー
タ２５の回転位置で軸方向に連通するようにしている。

モータ２５には、図示していないが、回転角度位置検出
器を設けており、モータ２５の回転角度位置と吸入管長
さが一対一に対応するようにしている。前記したように
、音速が検知出来れば最も良いが、冷媒を用いた場合、
圧縮機の回転速度によって吸入側の条件は大きくは変ら
ず音速も大きく変動しないので、データとしてコンピュ
ータに記憶させておいても良い。

圧縮機を運転した時、圧縮機の回転速度検出回路からの
信号もしくは速度指令信号から、圧縮機の運転周波数と
１次モードの気柱振動数が同調する等価な吸入管長さを
前記の式によって計算する。

この計算結果にもとづいて、最も近い吸入管長さ、すな
わちモータ２５の回転角度位置を選択し、モータ駆動装
置１９に指令を出し、回転角度位置検出器からの信号と
照合させて修正を行うようになっている。

第２図、第３図で示した実施例では、長さ切換え通路２
２を同じ円状の壁の間に−ケ所のみ外側の通路と連通ず
るように仕切りの壁を設けて単一の連続した通路状に形
成し、その中心部に吸入口連通孔２７を設けている。吸
入口連通口２７と反対側には仕切板２６を取りつけてお
り、その外側にはモータ２５によって回転する連通孔切
換え板２３を設置する。連通孔切換板２３には、同心円
状の通路に対応する各位置に例えば第３図に示したよう
に中心から外側へ一列に連通孔２４をあけてあり、仕切
板２６には、吸入口連通孔２７とただ１つの連通孔での
み連通する配置で孔を開口しており、吸入管長さとモー
タの回転角度位置が一対一に対応するようにしている。

こうした構造にすることにより、第１図の実施例と同様
に吸入管長さを可変にすることが出来るし、モータ２５
を収納した部分の空間をアキュムレータとして用いるこ
とができる。

以上のような構成にすることにより、吸入管の長さが短
かいところから長い範囲まで設定できるし、安価に冷媒
の漏れを防ＩＬできる。この結果、圧縮機の全運転域に
おいて、慣性過給を行うことができるので、全運転域で
圧縮機の体積効率を向上することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、圧縮機の体積効率を全運転域、特に高
速運転域では著しく向上できる。その付随効果として圧
縮機を小形に出来、慣性過給を適用しない場合より圧縮
機の最高回転速度を低くできるため、圧縮機の信頼性向
上につながる他、全断面熱効率のより良い領域で運転す
るので圧縮機入力を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の過給機構の要部断面図、第２
図、第３図は他の実施例の過給機構の要部断面図と平面
図、第４図は、圧縮機の縦断面図、第５図は、圧縮機の
回転速度に対する効率の変化を示す図、第６図は、サイ
クルの構成を示す図、第７図は、吸入室の容積変化を示
す図、第８図は、慣性過給特性数と充填効率の関係を示
す図、第９図は、慣性過給特性数と体積効率との関係を
示す図、第１０図は、振動数比と体積効率との関係を示
す図である。１・・・ケーシング、２・・電動機部、３・・・圧縮機
構部、４・・・シリンダ、５・・・トヤフト、６・・・
上部軸受、７・・・下部軸受、８・・ローラ、９・・・
吐出室、１０・・・アキュムレータ、１１・・・吐出パ
イプ、１２・・・吸入パイプ、１３・・・ロータリ圧縮
機、１４・・・吸入管長さ可変装置、１５・・・インバ
ータ駆動装置、１６・・・モータ駆動装置、１７・・回
転速度検出器、１８・・・四方弁、１９・・・凝縮器、
２ｏ・・・蒸発器、２１・・・膨張弁、２２・・・長さ
切換え用通路、２３・・・連通孔切換板、２４・・・連
通孔、２５・・・モータ、２６・・・仕切板、ゝ・、− 第　ｌ　　因第　２　　口］；す・・第　３　回璃　４　　記６　　−辷、彦ｆ中由后巳？°ア健±峡グＡ９△駐ネ易Ｘ″ＩＩａタキＱ１ギ差

Claims

【特許請求の範囲】

１．圧縮機構部と、圧縮機構部の吸入側に設けられた緩
衝空間容器と吸入管を備えた過給式圧縮機において、圧
縮機の回転速度を検知する手段と、検知した回転速度信
号に基づいて、吸入管長さ切り換え装置により、吸気管
内の１次モードの気柱振動数と圧縮機の回転数が同調す
るように前記吸入管長さを設定することを特徴とする過
給式圧縮機。
２．前記吸入管長さ切り換え装置を、らせん状の吸入管
に設けた複数の連通孔と同一のモータ回転角度では、仕
切板の圧縮機吸入口側と吸入管側の間で２つ以上の通路
が形成されないように連通孔を設けた連通孔切換板から
形成したことを特徴とする請求項１記載の過給式圧縮機
。
３．前記吸入管長さ切り換え装置を、同心円状の通路の
１ケ所のみで外側の通路と連通するように仕切りの壁を
設けて単一の連続する通路を形成した長さ切換え用通路
、その長さ切換え用通路を覆う複数の連通孔を設けた仕
切板、同一のモータ回転角度では、長さ切換え用通路の
中心に設けた圧縮機吸入口と連通する吸入口連通孔と吸
入管側間で２つ以上の通路が形成されないように連通孔
を設けた連通孔切換板から形成したことを特徴とする請
求項１記載の過給式圧縮機。