JPS58150090A - マルチローブベーン形圧縮機 - Google Patents

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】 本発明は、ロータリー圧縮機の能力制御に関するもので
、以下、本発明をカーエアコンに適用した場合について
説明する。

一般の一スライディングベーン式の圧縮機は、第１図に
示す様に、内部に円筒空間を有Ｊるシリンダ１と、この
両側面に固定され、シリンダ１の内部空間である羽根室
２−１．２−２をその側面において密閉する側板（第１
図では図示せず）と、前記シリンダ１内に配置されるロ
ータ３と、このロータ３に設けた溝４に摺動可能に係合
されたベーン６より構成される。６−１．６−２は側板
に形成された吸入孔、？−１．７−２はシリンダ１に形
成された吐出孔である。ベーン６は、ロータ３の回転に
伴い、遠心力によって外側に飛出し、その先端面がシリ
ンダ１の内壁面を摺動しつつ、圧縮機のガスの漏洩防止
を計っている。

この様なスライディングベーン式のロータリー圧縮機は
構成が複雑で、部品点数の多い、レシプロ式の圧縮機と
比べ、小型シンプルな構成が可能であり、近年、カーク
ーラー用の圧縮機に適用されるようになった。しかし、
このロータリ一式はし７プロ式と比べて次のような問題
があった。

すなわち、カークーラーの場合、エンジンの駆動力は、
ベルトを介してクラ・ノチのプーリーに伝達され、圧縮
機の回転軸を駆動する。したがって、スライディングベ
ーン式の圧縮機を用いた場合、その冷凍能力は車のエン
ジンの回転数に比例してほぼ直線的に上昇していく。

一方、従来から用いられているレシプロ式のコンプレッ
サを用いた場合は、吸入弁の追従性が高速回転時におい
ては悪くなり、圧縮ガスを十分にシリンダ内に吸入出来
ず、その結果、冷凍能力は高速時においては飽和してし
まう。つまり、レシプロ式では、高速走行時においては
冷凍能力の抑制作用が自動的に働くのに対してロータリ
一式ではその作用がなく、圧縮仕事の増大によって効率
を低下させ、あるいは過冷却（冷え過ぎ）の状態になる
。ロータリー圧縮機の前述した問題点を解消させる方法
として、ロータリー圧縮機の吸入孔６−１．６−２に通
ずる流通路に流通路の開口面積が変化するソレノイド制
御パルプを構成し、高速回転時に開口面積を絞ることに
より、その吸入損失を利用して能力制御を行う方法が従
来から提案蛮れている。但し、この場合、上記制御パル
プを別途附加せねばならず、構成が複雑化し、コスト高
となる問題点があった。ロータリー圧縮機の高速時の能
力過多を解消する他の方法として、流体クラッチ、遊星
歯車等を用いて回転数を一定以上は増速さ、せない構造
が従来から提案されている。

しかし、例えば、前者は相対移動面の摩擦発熱によるエ
ネルギーロスが大きく、後者は部品点数の多い遊星歯車
機構を附加することにより寸法形状も大型となり、省エ
ネルギー化の動向によって増々シンプル化、コンパクト
化が要求されている昨今において、実用化は難しい。

本発明は、従来例で示したマルチロープタイプの圧縮機
において、ロープ数とベーン枚数の適切な組み合せによ
って、各ロープ内の羽根室圧力の変化が位相差を有する
ことに着目し、かつ、各ロープの羽根室間を例えば、フ
ラッパ弁の様な時間遅れ要素を介して連結したものであ
る。

上記構成により低速時は両ロープ間の経路は遮断され、
高速時のみ時間遅れ要素の追従遅れによって、両ロープ
間が開放状態となるために、圧縮機の吐出総重量は減少
し冷凍能力を抑制することが出来る。

以下本発明の実施例について説明する。

第２図は本発明の一実施例を示すもので、１゜はシリン
ダ、１１はロータ、１２はベーン、１４は羽根室Ａ１１
６は羽根室Ｂ１１６は吸入孔Ａ１１７は吸入孔Ｂ１１８
は吐出孔Ａ、１９は吐出孔Ｂ、２０．２１は側板に形成
された羽根室側開口部Ａ及び羽根室側開口部Ｂ、２２は
羽根室Ａ１４に連結されたバイパス路、２３は羽根室Ｂ
１ｓに連結されたバイパス路、２４はバイパス路Ａ２２
の開口部、２６はバイパス路Ｂ２３の開口部、２６はフ
ラッパ弁である。

圧縮機は、概略楕円の内面形状を有するシリンダ１０と
、その中央部に配置され、３枚のベーン１２が摺動自在
に収納されたロータ１１により構成される。

また、ロータ１１とシリンダ１０で形成される左右対称
の２つのシリンダ室をロープと呼び、この種のタイプを
本明細文では２０−ブタイブとする。

以下、本発明の作動原理について説明する。

第３図イ２口は低速回転における各羽根室内冷媒の流動
状態を示すもので、イ図は右側の羽根室Ａ１４が吸入行
程、左側の羽根室Ｂ１６が圧縮行程にある状態を示し、
四回は羽根室Ａ１４が吸入行程１羽根室Ｂ１５が圧縮行
程にある状態を示す。

左右各ロープの羽根室Ａ１４．Ｂ１５の体積の変化は位
相差があるために、各羽根室の圧力の変化も位相差を有
する。

図イの状態のとき羽根室Ｂ１６の圧カニＰｂは羽根室の
体積の減少により供給圧２２８以上に上昇している。一
方、羽根室Ａ１４は、まだ吸入孔Ａ１６と連絡した状態
にあるために羽根室圧カニｐａ＝　ｐ、である。各バイ
パス路２２，２３の開［］部２４．２５の圧力をＰａ４
．Ｐｂ２とすれば、Ｐａ。

〈Ｐ、２であり、フラッパ弁２６は図イに示す様に開口
部Ａ２４の側へ吸引される。

四回のとき、イ図とは逆の状態となり、Ｐａ１〉Ｐｂ２
となるために、フラッパ弁２６は開口部Ｂ２５の側へ吸
引される。

第３図イ２ロ共、バイパス路２２，２３はフラッパ弁２
６によって遮断された状態にあり、各ロープの羽根室の
圧力変化は上記バイパス路２２．２３の影響を受けない
。但し、フラッパ弁２２は低速回転において、回転数で
決まる周波数を有する変動圧力に対して、十分追従出来
る様にその固有振動数（質量とバネ剛さて決まる）を決
める。

第４図イ９口は高速回転における各羽根室１４゜１５の
冷媒の流動状態を示すものである。

高速回転においては、フラッパ弁２６の変位は、高い周
波数の圧力変化に追従出来ず、はぼ中立状態を保つ。

その結果、バイパス路Ａ２２，２３は開放された状態と
なる。

例えば、第４図イの状態では圧縮行程にある羽根室Ｂ１
５から、吸入行程の途中である羽根室Ｂ１６から吸入行
程の途中である羽根室Ａ１４に冷媒が流入する。

羽根室Ａ１４の体積は増加中であるため通常供給源２７
から吸入孔１６を通じて冷媒が供給される。

しかしバイパス経路がこの様に開放された場合、羽根室
Ａ１４の圧力が上昇するため、供給源２７からの冷媒の
供給はストップする。

第４図口の場合、上図口に対して全く逆の状態となり、
羽根室Ａ１４から羽根室Ｂ１６へ冷媒が流入する。

したがって、高速回転において圧縮行程における左右の
羽根室の圧力及び吐出流量は均等に減少し、冷凍能力が
抑制される。第６図イ９口に低速及び高速回転における
フラッパ弁の状態を拡大したモデル図で示す。

第６図イ１口はロータ１１が一回転する間の羽根室Ａ１
４．Ｂ１５の圧力特性を示すモデル図でる。

実線は、バイパス路２２．２３の羽根室側開口部２０．
２１（第２図）からみた羽根室圧力、鎖線は吐出孔１８
．１９に近い位置からみた羽根室圧力を示す。

実線の圧力が途中で寸断されるのは圧力が十分に上昇す
る前にベーンが羽根室側開口部２０．２１を通過し、上
記開口部２０．２１が吸入行程中であるの低圧の羽根室
と連絡するからである。

羽根室側開口部２０．２１の設ける位置の選定によって
（例えば第２図の　）上記開口部２０．２１の圧力曲線
を選ぶことが出来、その結果冷媒の帰還量が変わる。

第６図（ハ）は各バイパス路２２．２３に圧力損失がな
いとした場合の、フラッパ弁２６の左右に加わる圧カニ
Ｐａ１−Ｐｂ２を示す。

羽根室Ａ１４と羽根室Ｂ１６の圧力特性は２０−プ、３
ベーンを用いた本実施例ではΔθ−６０゜の位相差を有
するため、ロータ１１が一回転中、フラッパ弁２６の左
右の圧力は、３サイクルの圧力変化を繰り返すことにな
る。

例えば、ω＝３６００！ｐｍ　（６０ｒＰ８　）におい
て、フ・ラッパ弁には上記弁２６を左右に振動させるｆ
　＝３Ｘ６０＝１８０　Ｈｅｒｚの変動圧力が加わるこ
とになる。

一般に圧縮機のロープ数をｍ、ベーンの枚数をｎ、回転
数をωｒｐｍとすればフラッパ弁に加わる振動数はｆ　
＝ｎ　−ｍ　・ω／１２０Ｈｅｒｚ　となる。

但し、本発明の実施例ではロープ数とベーン枚数の組み
合せによって各ロープ内の羽根室圧力の変化が位相差を
有することに着目し、かつ、各ロープの羽根室間を例え
ばフラッパ弁の様な時間遅ｔ１要素を介して連絡した事
を特徴としている。したがって、ロープ数ｍと、ベーン
枚数：ｎを次の様な制約条件のもとで選択する。

表１ 表１において、○印は各ロープの羽根室圧力に位相差を
持たせるのが可能である場合を示し、Ｘ印は不可である
場合を示す。

但し、表１においてＸ印の組合せでも、ロータ内に各ベ
ーンを不等角に配置した場合は位相差を持たせることが
出来る。

第７図は本発明を２０−プの６ベーンタイプの圧縮機に
適用した場合を示す。

６０はロータ、５１はシリンダ、６２は羽根室Ａ１５３
は羽根室Ｂ１６４は吐出孔Ａ１５５は吐出孔Ｂ１６６は
吸入孔Ａ１６７は吸入溝Ａ１６８は吸入孔Ｂ１５９は吸
入溝Ｂ１６０はベーン、６１はバイパス路Ａ１６２はバ
イパス路Ｂ１６３はフラゾパ弁である。

さて本発明者らは、カークーラー用冷凍サイクルの前述
した問題を解消するために、ロータリー圧縮機を用いた
場合の羽根室圧力の過渡現象の詳細な検討結果により、
ロータリー圧縮機の場合でも、その吸入孔面積、吐出量
９羽根枚数等のパラメータを適切に撰択１組合せること
により、従来のレシプロ式同様に、高速回転時における
冷凍能力の自己抑制作用が効果的に働（ことを見い出し
ており、既に特願昭５５−１３４０４８号で出願中であ
る。

上記発明により、低速で冷凍能力の損失がなく高速時で
のみ冷凍能力が効果的−に抑制される能力制御付圧縮機
を実現することが出来、その効果は顕著なものがある。

しかし、特願昭５６−６２８７５号の改良案でも示して
いる様に、上記発明は吸入行程終了時ｔこおける圧力損
失を利用す乙ことを前提にしており、吸入損失による成
績係数：ＣＯＰの低下をのがれることは出来ない。

ちなみにｃｏｐ−ｘ凍能力／駆動トルクで定義される。

第７図の実施例は、本発明による能力制御と、特願昭６
６−１３４０４８号あるいは特願昭５６−６２８７５号
で示した能力制御の２つを組み合せたものである。

ここで、特願昭５５−１３４０４８号で示す様に、各パ
ラメータ：ｖ０．θｓｔ　ａを次の様に選ぶ。

ロータと前記シリンダ間が、他と比べて最も近接してい
る部分をシリンダ、トップ部とする圧縮機において、ロ
ータの回転中心を中心とし、前記シリンダトップ部から
前記ベーンのシリｙダ側の端部までの角度をθラジアン
、吸入行程終了時における前記角度がθ６ラジアンのと
きの前記羽根室の容積をｖｏ。。、エバポレータから前
記羽根室Ｖこ至る吸入流通路の有効面積をａ（θ）−か
つ、としたとき ０．０２５（θ８に／Ｖｏ（０，０８０の範囲になる様
に、圧縮機のパラメータを選ぶ。

低速回転においては、バイパス路６１．６２は遮断され
るために、冷凍能力の損失は生じない。

高速回転になると、吸入孔５６あるいは吸入溝６７ば、
通常の能力制御をほどこさない圧縮機と比べて絞られて
いるために、供給源から流入する冷媒量は抑制される。

しかしながら本発明の効果によりバイパス路６１．６２
が開放されるために羽根室内に高圧側から冷媒が流入し
、羽根室圧力は供給圧よシ降下することはない。

したがって吸入行程における吸入動力損失は本実施例で
は生じない。

以上、本発明の実施例では時間遅れ要素としてフラッパ
弁を用いたが、高い周波数の変動圧力に対して追従性の
遅れをともなう様な要素ならば、どの様なものでもよい
。例えばボールとバネで構成されたパルプでもよく、あ
るいは、慣性による時間遅れをともなうことからボール
のみでもよい。

時間遅れ要素を設ける個所は、シリンダ、側板のいずれ
でもよく、あるいはロータを貫通する流通路に設けても
よい。

以上、本発明によれば、各ロープ内の羽根室圧力の変化
が位相差を有する様に構成した圧縮機において、上記ロ
ープ間を時間遅れ要素を介してパイ−くス路を設けるこ
とにより低速で冷凍能力の損失がなく、高速時でのみ冷
凍能力が効果的に抑制される能力制御付圧縮機を実現す
ることが出来るもので、その工業的価値は極めて大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のロータリー圧縮機の正面断面図、第２図
は本発明の一実施例を示す圧縮機の正面断面図、第３図
イ２口は低速回転時における羽根室内冷媒の流動状態を
示す図、第４図イ２口は高速回転時における冷媒の流動
状態を示す図、第５図イ２口は、フラッパ弁の拡大モデ
ル図、第６図イ。 口、ハはそれぞれ、羽根室Ａ、Ｂ及びフラッパ弁・−・
・−・シリンダ、２６・−・・・時間遅れ要素。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　１１力ｘ１名
一 第１図 １１２図 ８ 第４図 第　５　図 第６図 （イ） 第　７　因

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベーンが摺動可能に設けられたロータと、このロータお
   よびベーンを収納するシリンダと、前記シリンダの両側
   面に固定され、前記ベーン、前記ロータ、前記シリンダ
   で形成される羽根室の空間をその側面において密閉する
   側板と、前記シリンダ、ロータ、側板で形成されるロー
   プ数が少なくとも２つ以上である圧縮機において、前記
   ２つのローブを、時間遅れ要素を介在して連絡したバイ
   パス路によ多構成した圧縮機。