JPH0642484A - ２シリンダ形ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一定速の運転時に５０Ｈｚの電源周波数でも
６０Ｈｚに近い冷凍能力を得るのことのできるコンパク
トな形状の２シリンダ形ロータリ圧縮機を提供するこ
と。 【構成】 電動機に直結し互いに反対方向に偏心した２
個の偏心部を有するクランク軸３、前記偏心部に嵌入さ
れた２個のローラ１０ａ，１０ｂ、およびクランク軸３
の回転にともない２個のローラが偏心回動する２個のシ
リンダ６，８を備えた圧縮機構部を有し、圧縮機構部
は、電動機側から、主軸受５、第１シリンダ６、仕切板
７、第２シリンダ８、副軸受９の各要素を重ね合わせた
ものとし、１本の吸込パイプ１３を副軸受９に接続する
とともに、この吸込パイプ１３に連通する冷媒流路を直
線的に形成し、冷凍サイクル中の気液分離器１２から密
閉容器１内の前記副軸受９に連結されるまでの吸込パイ
プの長さＬｐを、５０Ｈｚの電源周波数による運転時に
圧縮機の容積効率が最大となるように設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば冷蔵庫や空調機
等の冷凍サイクルに使用される２シリンダ形ロータリ圧
縮機に係り、特に、５０Ｈｚの電源周波数でも６０Ｈｚ
の運転時に近い冷凍能力を得るのに好適なコンパクトな
形状の２シリンダ形ロータリ圧縮機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的な２シリンダ形ロータリ圧縮機の
構造は、例えば、特開平２−１２３２９５号公報記載の
ものが知られている。この従来の２シリンダ形ロータリ
圧縮機の構造を図３を参照して説明する。図３は、従来
の２シリンダ形ロータリ圧縮機の縦断面図である。図３
に示す２シリンダ形ロータリ圧縮機は、密閉容器１内に
電動機部と圧縮機構部とが収納されている。電動機部
は、密閉容器１内に焼嵌め等で固定されたステータ２
と、クランク軸３に固定されたロータ４とで構成されて
いる。

【０００３】圧縮機構部内には、２組の圧縮要素（以下
ポンプ部という）が設置されており、そのうち、第１の
ポンプ部は、クランク軸３を支持する主軸受５Ａ、第１
シリンダ６Ａ、仕切板７Ａ、クランク軸３の偏心部３ａ
に嵌入されたローラ１０ａ、ローラ１０ａの回転に追従
して往復動するベーン（図示せず）からなっている。ま
た、第２のポンプ部は、前記仕切板７Ａ、第２シリンダ
８Ａ、クランク軸３を支持する副軸受９Ａ、クランク軸
３の偏心部３ｂに嵌入されたローラ１０ｂ、ローラ１０
ｂの回転に追従して往復動するベーン（図示せず）から
なっている。これら、２組のポンプ部は、板金フレーム
１１を介して密閉容器１に固定されている。

【０００４】一般にこのようなタイプの２シリンダ形ロ
ータリ圧縮機の場合、第１のポンプ部および第２のポン
プ部には、冷凍サイクル中の気液分離器１２の下側から
差し込まれた２本の吸込パイプ１３ａ，１３ｂによって
独立して冷媒ガスが供給される。そのため、それぞれの
吸込パイプ内の圧力脈動を利用し、慣性過給の効果によ
って密度の高い気体を吸い込み容積効率を向上するこ
と、すなわち冷凍能力を増大することが比較的に容易で
あった。

【０００５】しかし、このような従来の２シリンダ形ロ
ータリ圧縮機においては、２本の独立した吸込パイプを
それぞれのポンプ部に接続するためには、吸込パイプが
挿入可能な寸法まで第１シリンダ６Ａおよび第２シリン
ダ８Ａの軸方向の長さを大きくする必要があり、このた
め、主軸受５Ａと副軸受９Ａとの軸受スパンが長くな
り、冷媒ガスの圧縮圧力によりクランク軸が変形しやす
く、軸受での片当り、あるいはたわみによる触れ回り振
動等が発生しやすいという問題があった。

【０００６】そこで、２シリンダ形ロータリ圧縮機の振
動低減および信頼性向上の面では、１本の吸込パイプを
副軸受９Ａ等の圧縮機構部の一部に連結し、圧縮機構部
内で２個のポンプ部に分岐する構造の方が望ましい。ま
た、１本の吸込パイプをポンプ内で分岐する構造の方
（以後、分岐形吸込構造と略称する）が、コンパクトな
形状で２シリンダ形ロータリ圧縮機を製造することが可
能と考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、低振動，高信
頼性で、しかもコンパクトな形状で製造できる分岐形吸
込構造の場合、慣性過給の効果を利用して容積効率を向
上すること、すなわち冷凍能力を増大することは非常に
困難であった。その原因は、分岐形吸込構造の場合、そ
れぞれのポンプ部が１８０°の位相差で交互に冷媒ガス
を吸い込むので吸込パイプ内の体積速度の変動が小さく
なるためである。この現象は、第２６回空気調和・冷凍
連合講演会（平成４年４月２１，２２日，東京）講演論
文集の「２シリンダ回転圧縮機における吸込系の圧力脈
動」においても報告されている。

【０００８】しかして、特定の回転速度において慣性過
給等の効果を利用して冷凍能力を向上することは、２シ
リンダ形ロータリ圧縮機を冷蔵庫や空調機等の冷凍サイ
クル用として使用する上で重要な課題であった。これ
は、一般に、圧縮機は５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの電源周
波数に比例した一定の回転速度で使用されることが多
く、その場合に、５０Ｈｚ運転時には６０Ｈｚ運転時よ
りも約２０％冷凍能力が低下するという問題があり、こ
の低下分を補う手段として、慣性過給を用いることが有
効な手段であるためである。

【０００９】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、その目的は、圧縮機が電源周
波数に比例した一定速の回転数で運転される場合に、５
０Ｈｚの電源周波数でも６０Ｈｚの運転時に近い冷凍能
力を得ることのできるコンパクトな２シリンダ形ロータ
リ圧縮機を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するめ
に、本発明に係る２シリンダ形ロータリ圧縮機の構成
は、密閉容器内に、電動機部と、それぞれ行程容積の等
しい２個の圧縮要素からなる圧縮機構部とを備え、前記
電動機の回転力をクランク軸によって圧縮機構部に伝達
し、２個の圧縮要素で交互に冷媒ガスを圧縮する２シリ
ンダ形ロータリ圧縮機において、密閉容器内の前記圧縮
機構部に冷媒ガスを供給する１本の吸込パイプの長さＬ
ｐが、ａを吸込ガス音速（ｍ／ｓ）、ｆｍを運転周波数
＝５０（Ｈｚ）、Ｖｔｈを１シリンダ分の行程容積（ｍ
³）、Ａｓを吸込パイプ断面積（ｍ²）としたときに、

【数２】 を満たす範囲に設定されたものである。

【００１１】より詳しくは、、密閉容器内に、電動機部
と、該電動機に直結し互いに１８０°位相を異にする２
個の偏心部を有するクランク軸、前記２個の偏心部に嵌
入された２個のローリングピストン、および前記クラン
ク軸の回転にともない２個のローリングピストンが偏心
回動する２個のシリンダを備えた圧縮機構部とを備えて
なる２シリンダ形ロータリ圧縮機において、前記圧縮機
構部は、前記電動機側から、主軸受、第１シリンダ、仕
切板、第２シリンダ、副軸受の各要素を重ね合わせたも
のとし、１本の吸込パイプを反電動機側の副軸受に接続
するとともに、この吸込パイプに連通する冷媒流路を、
副軸受、第２シリンダ、仕切板、第１シリンダのそれぞ
れに直線的に形成し、冷凍サイクル中の気液分離器から
密閉容器内の前記副軸受に連結されるまでの吸込パイプ
の長さを、５０Ｈｚの電源周波数による運転時に圧縮機
の容積効率が最大となるように設定したものである。

【００１２】

【作用】吸込慣性過給は、吸込パイプ内に発生した圧力
脈動によりシリンダ締切り時の圧力が上昇し、その結
果、密度の高い気体を吸い込むために容積効率が向上す
るものと考えられる。ところが、１本の吸込パイプでポ
ンプ部内まで冷媒ガスを導き、その後吸込流路を分岐す
る構成の場合、吸込パイプの長さを５０Ｈｚの周波数を
対象として設定することは好ましくない。５０Ｈｚの周
波数でパイプ内に圧力脈動を起こした場合、一方のポン
プ部には過給効果が生じるものの、他方のポンプ部では
逆効果となるため、全体の容積効率としてはほとんど向
上しないためである。

【００１３】分岐形吸込構造の本発明においては、２個
のポンプ部において同様の慣性過給の効果を得るため
に、吸込パイプの長さの設定にあたり、目標とする周波
数の２倍の周波数である１００Ｈｚを対象とし、実験に
より若干の補正を行うものとした。つまり、圧力脈動が
最大となる吸込パイプＬの長さは、下記に示す式（２）
で設定されるのが望ましいと考えた。

【数３】

【００１４】さらに、分岐後の各シリンダにおける吸込
室内も吸込パイプの一部であるとして考えた場合、この
配管相当長さをＬｖとすれば、実際に設定すべき吸込パ
イプ長さＬｐは、次式（３）で表わされる。

【数４】 ここで、Ｌｖは、片一方分のシリンダ容積を吸込パイプ
内の断面積で除した値であり、本発明では、２組のポン
プ部で等しく設定されている。

【００１５】以上のように、本発明では、２個のポンプ
部においてほぼ同様の慣性過給の効果がでるように設定
されており、実験の結果、ｆｍ＝５０、すなわち、５０
Ｈｚ運転時には、補正値Ｃとして９から２６を用いるの
が高い効果があることを実験により確かめた。すなわ
ち、前記範囲に吸込パイプ長さを設定した場合、５０Ｈ
ｚ運転時の冷凍能力を６０Ｈｚ運転時に近づけることが
できる。

【００１６】なお、吸込パイプが反電動機側の副軸受に
接続され、この吸込パイプに連通する冷媒流路が副軸
受、第２シリンダ、仕切板、第１シリンダにおいて、一
直線に形成された場合、全体の吸込パイプ長さに対して
それぞれのポンプに至る流路長さの差による影響は小さ
く、それぞれのシリンダまでの吸込経路および吸込抵抗
がほぼ等しく設定されるので、２組のポンプに対して同
じく大きな過給効果を得ることができる。

【００１７】

【実施例】本発明の一実施例を、図１および図２を参照
して説明する。図１は、本発明の一実施例に係る２シリ
ンダ形ロータリ圧縮機の縦断面図、図２は、吸込パイプ
長さＬｐと冷凍能力との関係を示す線図である。図中、
図３と同一符号のものは従来技術と同等部である。図１
に示す２シリンダロータリ圧縮機は、密閉容器１内に、
電動機部と、この電動機にクランク軸で直結された２個
のポンプ部からなる圧縮機構部とが収納されている。電
動機部は、密閉容器１に焼嵌め等で固定されたステータ
２と、クランク軸３を嵌着したロータ４とで構成されて
いる。

【００１８】圧縮機構部は２個のロータリ圧縮装置（ポ
ンプ部）を有しており、第１のポンプ部は、クランク軸
３を支持する主軸受５，第１シリンダ６、仕切板７によ
って構成され、第２のポンプ部は、前記仕切板７、第２
シリンダ８、クランク軸３を支持する副軸受９によって
構成されている。そして、前記主軸受５は、溶接等で密
閉容器１に固着されている。

【００１９】クランク軸３は、それぞれ反対方向に偏心
した、すなわち互いに１８０°位相を異にする偏心部３
ａ，３ｂを有し、これらの偏心部３ａ，３ｂに嵌入され
た２個のローリングピストンに係るローラ１０ａ，１０
ｂが、クランク軸３の回転にともなってそれぞれ第１シ
リンダ６，第２シリンダ８内を偏心回動するようになっ
ている。また、第１シリンダ６および第２シリンダ８内
には、各シリンダ内を吸込側と吐出側に区分するベーン
（図示せず）が、同方向に設置されており、これらのベ
ーンは、ローラ１０ａ，１０ｂの回転に追従して往復動
するので、各ポンプ部内において冷媒ガスを交互に圧縮
する構造となっている。

【００２０】２組のポンプ部で交互に圧縮された冷媒ガ
スは、副軸受９とカバー１４によって形成されたサイレ
ンサー内で消音されたのち、密閉容器１内に放出され
る。また、冷凍サイクル中には、２シリンダ形ロータリ
圧縮機が液冷媒を吸い込むことを防止するため、気液分
離器１２が設けられており、この気液分離器１２内から
２シリンダ形ロータリ圧縮機内の副軸受９まで長さＬｐ
の吸込パイプ１３が設置されている。ポンプ部内では、
２組のポンプを仕切る前記仕切板７に連通穴が設けられ
ており、吸込パイプ１３を通過した冷媒ガスは、それぞ
れのポンプ部まで直線的に導かれる。

【００２１】ここで、吸込パイプ１３の全長Ｌｐは、前
記した式（３）を満たすように設定されている。ただ
し、ここでは冷媒としてＨＦＣ１３４ａを使用したので
吸込ガスの音速ａは１６３ｍ／ｓとした。圧縮機の１シ
リンダ当りの行程容積Ｖｔｈは、

【数５】 である。また、冷凍能力を向上させるべき運転周波数ｆ
ｍは５０Ｈｚであり、補正値Ｃは実験の結果１８に設定
した。したがって、吸込パイプ長さＬｐは３５０ｍｍで
ある。

【００２２】上記の条件で２シリンダ形ロータリ圧縮機
を５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの商用電源で運転した結果、
慣性過給を設定しない場合と比較して６０Ｈｚにおいて
は同等の冷凍能力であったのに対して、５０Ｈｚでは吸
込パイプ長さＬｐを３５０ｍｍに設定することで約９％
冷凍能力を増大させることができた。このため、通常の
冷蔵庫や空調機器等で問題になる５０Ｈｚにおける冷力
不足を解消することができた。

【００２３】次に、前記吸込パイプ長さＬｐを２００ｍ
ｍから４００ｍｍまでの範囲で変更し、５０Ｈｚと６０
Ｈｚの商用電源で２シリンダ形ロータリ圧縮機を運転し
た時の冷凍能力に与える影響について、図２を参照して
説明する。図２は、横軸に吸込パイプ長さＬｐ（ｍ
ｍ）、縦軸に冷凍能力（％）をとって実験結果を示した
もので、白丸および実線が５０Ｈｚ電源での冷凍能力を
示し、黒丸および破線が６０Ｈｚ電源での冷凍能力を示
したものである。

【００２４】図２から、６０Ｈｚ運転の場合、吸込パイ
プ長さＬｐが２５０ｍｍのときに慣性過給の効果が最大
となり、５０Ｈｚ運転に対して大幅に冷凍能力が向上す
ることが分かる。一方、５０Ｈｚ運転の場合は、３００
ｍｍから４００ｍｍの範囲で慣性過給の効果があり、特
に３５０ｍｍのときに冷凍能力が約９％も増大し、６０
Ｈｚ運転時との冷凍能力差が最も小さくなり、５０Ｈｚ
および６０Ｈｚの商用電源に比例して運転する一定速の
圧縮機を用いた冷凍機器として最も好ましい結果が得ら
れている。

【００２５】図２に示す実験結果に基づき、式（３）に
おける補正値Ｃを９から２６の範囲に設定した場合、吸
込パイプ長さＬｐは３００ｍｍから４００ｍｍの範囲に
相当し、このとき、慣性過給の効果によって通常よりも
５０Ｈｚ運転時における冷凍能力が向上する。さらに、
式（３）における補正値Ｃを１８として吸込パイプ長さ
Ｌｐを設定した場合、５０Ｈｚおよび６０Ｈｚ運転とも
にそれぞれの設定長さのときに、冷凍能力が最大になる
ことが分かる。上記の補正値Ｃは、使用する冷媒を変え
た場合、および圧縮機の各部の寸法や行程容積等を変え
た場合でも上記の値のときに慣性過給の効果が表われる
ことを確認した。

【００２６】なお、本実施例では、横形の２シリンダ形
ロータリ圧縮機について説明したが、縦形であっても同
様の効果を得ることができる。また、吸込パイプの接続
部は副軸受ではなく、他のポンプ部品である主軸受、第
１シリンダ、仕切板、第２シリンダ等に接続し、分岐す
る構造であってもほぼ同様の効果を得ることができる。

【００２７】さらに、本実施例では、吸込パイプの反圧
縮機側が気液分離器内に挿入されているものについて説
明したが、必ずしも気液分離等の機能を有する必要はな
く、吸込パイプの断面積に比べて大幅に大きな形状の断
面を有する容器であれば良い。その場合も、前記容器内
の吸込パイプ端面から圧縮機内のシリンダ入口までの距
離をＬｐとして取り扱えば本発明が適用される。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、冷蔵庫や空調機等の冷凍サイクルにおいて、圧縮
機が電源周波数に比例した一定速の回転数で運転される
場合に、５０Ｈｚの電源周波数でも６０Ｈｚの運転時に
近い冷凍能力を得ることのできるコンパクトな２シリン
ダ形ロータリ圧縮機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る２シリンダ形ロータリ
圧縮機の縦断面図である。

【図２】吸込パイプ長さＬｐと冷凍能力との関係を示す
線図である。

【図３】従来の２シリンダ形ロータリ圧縮機の縦断面図
である。

【符号の説明】

１ 密閉容器 ２ ステータ ３ クランク軸 ３ａ，３ｂ 偏心部 ４ ロータ ５ 主軸受 ６ 第１シリンダ ７ 仕切板 ８ 第２シリンダ ９ 副軸受 １０ａ，１０ｂ ローラ １２ 気液分離器 １３ 吸込パイプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉容器内に、電動機部と、それぞれ行
   程容積の等しい２個の圧縮要素からなる圧縮機構部とを
   備え、前記電動機の回転力をクランク軸によって圧縮機
   構部に伝達し、２個の圧縮要素で交互に冷媒ガスを圧縮
   する２シリンダ形ロータリ圧縮機において、 密閉容器内の前記圧縮機構部に冷媒ガスを供給する１本
   の吸込パイプの長さＬｐが、 ａを吸込ガス音速（ｍ／ｓ）、ｆｍを運転周波数＝５０
   （Ｈｚ）、Ｖｔｈを１シリンダ分の行程容積（ｍ³）、
   Ａｓを吸込パイプ断面積（ｍ²）としたときに、 【数１】 を満たす範囲に設定されていることを特徴とする２シリ
   ンダ形ロータリ圧縮機。
2. 【請求項２】 密閉容器内に、電動機部と、該電動機に
   直結し互いに１８０°位相を異にする２個の偏心部を有
   するクランク軸、前記２個の偏心部に嵌入された２個の
   ローリングピストン、および前記クランク軸の回転にと
   もない２個のローリングピストンが偏心回動する２個の
   シリンダを備えた圧縮機構部とを備えてなる２シリンダ
   形ロータリ圧縮機において、 前記圧縮機構部は、前記電動機側から、主軸受、第１シ
   リンダ、仕切板、第２シリンダ、副軸受の各要素を重ね
   合わせたものとし、 １本の吸込パイプを反電動機側の副軸受に接続するとと
   もに、この吸込パイプに連通する冷媒流路を、副軸受、
   第２シリンダ、仕切板、第１シリンダのそれぞれに直線
   的に形成し、 冷凍サイクル中の気液分離器から密閉容器内の前記副軸
   受に連結されるまでの吸込パイプの長さを、５０Ｈｚの
   電源周波数による運転時に圧縮機の容積効率が最大とな
   るように設定したことを特徴とする２シリンダ形ロータ
   リ圧縮機。
3. 【請求項３】 気液分離器から密閉容器内の副軸受に至
   る吸込パイプの長さＬｐを、圧力脈動が最大となる吸込
   パイプの長さＬから、ポンプ内の吸込室内の吸込パイプ
   相当長さＬｖを引いた長さとしたことを特徴とする請求
   項１または２記載のいずれかの２シリンダ形ロータリ圧
   縮機。