| 【発明の名称】 |
圧縮機 |
| 【発明者】 |
【氏名】只野 昌也
【氏名】江原 俊行
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| 【要約】 |
【課題】複数の圧縮部を用い、冷媒を多段圧縮する圧縮機において、ロータバランサの軽量化を図る。
【解決手段】圧縮機Ｃは、単一の密閉容器１内に電動機２と、この電動機２にて駆動される圧縮要素３とを設け、電動機２を、密閉容器１に固定される固定子４とこの固定子４の内側にて回転する回転子５から構成すると共に、圧縮要素３を、低段側圧縮部５１と高段側圧縮部５２により構成して冷媒を順次多段圧縮するものであって、回転子５に取り付けられたロータバランサＷ１、Ｗ２を備え、排除容積の大となる低段側圧縮部５１を、ロータバランサＷ１、Ｗ２の近傍側に配置したものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 単一の密閉容器内に電動機と、この電動機にて駆動される圧縮要素とを設け、前記電動機を、前記密閉容器に固定される固定子とこの固定子の内側にて回転する回転子から構成すると共に、前記圧縮要素を、低段側圧縮部と高段側圧縮部により構成して冷媒を順次多段圧縮する圧縮機において、前記回転子に取り付けられたロータバランサを備え、排除容積の大となる前記低段側圧縮部を、前記ロータバランサの近傍側に配置したことを特徴とする圧縮機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の圧縮部を用い、冷媒を多段圧縮する圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来冷蔵庫や空気調和機などに用いられる冷凍装置には、例えば特公平７−３０７４３号公報（Ｆ０４Ｃ２３／００）に示される如く、それぞれロータリー用シリンダとその内部で回転するローラなどから成る二つの圧縮部を同一の密閉容器内に収納したロータリー型の圧縮機が採用されている。そして、圧縮機の各圧縮部を低段側圧縮部と高段側圧縮部として、低段側圧縮部により一段圧縮した冷媒ガスを高段側圧縮部に吸い込ませ、それによって冷媒を多段圧縮するものである。
【０００３】係る圧縮機を用いれば、一圧縮当たりのトルク変動を抑制しながら、高圧縮比を得ることができる利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、係る圧縮機では低段側圧縮部の排除容積が高段側圧縮部の排除容積よりも大きくなるため、その偏芯重量も低段側圧縮部の方が高段側圧縮部よりも大きくなる。そして、係る各圧縮部の偏芯によって圧縮機には振動が生じるため、回転子にはロータバランサ（バランスウエイト）が取り付けられるが、偏芯重量の大きい低段側圧縮部をロータバランサから遠い位置に配置すると、これによるモーメントを打ち消すために比較的大成るロータバランサを取り付けなければならなくなる問題があった。
【０００５】本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、複数の圧縮部を用い、冷媒を多段圧縮する圧縮機において、ロータバランサの軽量化を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の圧縮機は、単一の密閉容器内に電動機と、この電動機にて駆動される圧縮要素とを設け、電動機を、密閉容器に固定される固定子とこの固定子の内側にて回転する回転子から構成すると共に、圧縮要素を、低段側圧縮部と高段側圧縮部により構成して冷媒を順次多段圧縮するものであって、回転子に取り付けられたロータバランサを備え、排除容積の大となる低段側圧縮部を、ロータバランサの近傍側に配置したものである。
【０００７】本発明によれば、単一の密閉容器内に電動機と、この電動機にて駆動される圧縮要素とを設け、電動機を、密閉容器に固定される固定子とこの固定子の内側にて回転する回転子から構成すると共に、圧縮要素を、低段側圧縮部と高段側圧縮部により構成して冷媒を順次多段圧縮する圧縮機において、回転子に取り付けられたロータバランサを設け、排除容積の大となる低段側圧縮部を、ロータバランサの近傍側に配置したので、比較的軽いロータバランサにて各圧縮部の偏芯による振動を低減することが可能となる。
【０００８】これにより、ロータバランサの軽量化を図り、コストの削減と信頼性の向上を実現することができるようになるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明に係るロータリー式の圧縮機Ｃを適用した多段圧縮冷凍装置Ｒの冷媒回路図、図２は本発明の圧縮機Ｃの縦断側面図である。先ず図２において、１は密閉容器であり、内部の上側に電動機（ブラシレスＤＣモータ）２、下側にこの電動機２で回転駆動される圧縮要素３が収納されている。密閉容器１は予め２分割されたものに電動機２、圧縮要素３を収納した後、高周波溶着などによって密閉されたものである。
【００１０】電動機２は、密閉容器１の内壁に固定された固定子４と、この固定子４の内側に回転軸６を中心にして回転自在に支持された回転子５とから構成されている。そして、固定子４は回転子５に回転磁界を与える固定子巻線７を備えている。また、Ｗ１、Ｗ２はそれぞれ回転子５の上面と下面に取り付けられたロータバランサ（バランスウエイト）である。このロータバランサＷ１、Ｗ２に関しては後に詳述する。
【００１１】前記圧縮要素３は中間仕切板８で仕切られた第１のロータリー用シリンダ９及び第２のロータリー用シリンダ１０を備えている。各のシリンダ９、１０には回転軸６で回転駆動される偏芯部１１、１２が取り付けられており、これら偏芯部１１、１２は偏芯位置がお互いに１８０度位相がずれている。
【００１２】１３、１４はそれぞれシリンダ９、１０内を回転する第１のローラ、第２のローラであり、それぞれ偏芯部１１、１２の回転でシリンダ内を回る。１５、１６はそれぞれ第１の枠体、第２の枠体であり、第１の枠体１５は中間仕切板８との間にシリンダ９の閉じた圧縮空間を形成させ、第２の枠体１６は同様に中間仕切板８との間にシリンダ１０の閉じた圧縮空間を形成させている。また、第１の枠体１５、第２の枠体１６はそれぞれ回転軸６の下部を回転自在に軸支する軸受部１７、１８を備えている。
【００１３】上記上側のシリンダ９、偏芯部１１、ローラ１３と、シリンダ９内を高圧室及び低圧室に区画するベーン（図示せず）などによって低段側圧縮部５１が構成され、下側のシリンダ１０、偏芯部１２、ローラ１４と、シリンダ１０内を高圧室及び低圧室に区画するベーン（図示せず）などによって高段側圧縮部５２が構成される。
【００１４】また、後述する如く高段側圧縮部５１に冷媒を圧縮して吐出する低段側低段側圧縮部５１の排除容積は、高段側圧縮部５２よりも大きく設定されるため、低段側圧縮部５１の前記偏芯部１１の偏芯重量は高段側圧縮部５２の前記偏芯部１２よりも大きくなる。また、上側のロータバランサＷ１は回転軸６に対して下側の偏芯部１２の偏芯位置と同じ側に、また、下側のロータバランサＷ２は回転軸６に対して上側の偏芯部１１の偏芯位置と同じ側に取り付けられる。
【００１５】更に、低段側圧縮部５１の排除容積をＤ１、高段側圧縮部５２の排除容積をＤ２とすると、これらの排除容積比Ｄ２／Ｄ１は、０．３５±０．１の範囲に設定される。
【００１６】２３はシリンダ９へつながる吸入管であり、シリンダ９の吐出側とシリンダ１０の吸込側とは中間仕切板８を貫通する図示しない吐出孔にて連通されている。
【００１７】一方、第２の枠体１６には凹所２１が設けられ、この凹所２１を蓋体２６にて閉塞してボルト２７にて第２の枠体１６と一体にシリンダ１０に固定することにより、内部に膨張型消音器２８を構成している。そして、第２の枠体１６にはシリンダ１０内と凹所２１内とを連通する吐出ポート２９が設けられている。
【００１８】尚、この第２の枠体１６は密閉容器１内の最下部に位置しており、その周囲は潤滑油が貯留されるオイル溜まり３０とされている。これにより、第２の枠体１６周囲には潤滑油が満たされるかたちとなるので、密閉容器１内の高圧ガスが膨張型消音器２８内に漏れる危険性が無くなり、冷媒循環量の減少による性能の低下を防止できる。
【００１９】１９は吐出マフラーであり、第１の枠体１５を覆うように取り付けられている。そして、前記吐出ポート２９は、凹所２１内と、シリンダ１０、中間仕切板８、シリンダ９及び第１の枠体１５内を通過し、この第１の枠体１５に設けられた図示しない吐出孔にて吐出マフラー１９に連通されている。
【００２０】２４はシリンダ１０へつながる吸入管であり、この吸入管２４には後述する分岐管４４が接続される。他方、２２は密閉容器１の上に設けられた吐出管である。また、２５は密閉ターミナルであり、密閉容器１の外部から固定子４の固定子巻線７へ電力を供給するものである（密閉ターミナル２５と固定子巻線７とをつなぐリード線は図示せず）。
【００２１】次ぎに、図１の冷媒回路において、冷凍装置Ｒを構成する前記圧縮機Ｃの吐出管２２は、配管３６を経て凝縮器３７の入口に接続され、この凝縮器３７の出口には一次膨張手段としてのキャピラリチューブ３８が接続されている。このキャピラリチューブ３８の出口には気液分離器３９の上部が連通接続されると共に、この気液分離器３９の下端には二次膨張手段としてのキャピラリチューブ４１が接続されている。
【００２２】そして、キャピラリチューブ４１の出口に冷却器４２が接続され、冷却器４２の出口に接続された配管４３は前記圧縮機Ｃの吸入管２３に連通されている。更に、気液分離器３９の上部には分岐管４４が接続され、この分岐管４４は前述の如く吸入管２４に連通されている。
【００２３】以上によって多段圧縮冷凍装置Ｒの冷凍サイクルが構成される。そして、係る多段圧縮冷凍装置Ｒの冷媒回路内には例えばＲ−１３４ａなどのＨＦＣ冷媒やＨＣ冷媒が所定量封入され、潤滑油はエステル油、エーテル油、ＨＡＢ油、鉱物油などが使用されるが、実施例ではＲ−１３４ａが冷媒として用いられ、また、潤滑油としてはエステル油が使用されている。
【００２４】以上の構成で次ぎに動作を説明する。電動機２が駆動されると、低段側圧縮部５１は吸入管２３から冷媒を吸引して圧縮（一段圧縮）し、高段側圧縮部５２の吸入側に吐出する。高段側圧縮部５２に吸引された一段圧縮ガス冷媒は、そこで圧縮（二段圧縮）され、この二段圧縮ガス冷媒は、吐出ポート２９から膨張型消音器２８、シリンダ１０、中間仕切板８、シリンダ９及び第１の枠体１５を経て、前記吐出孔より前記吐出マフラー１９に吐出され、吐出マフラー１９から密閉容器１内に吐出される。
【００２５】密閉容器１内の吐出された二段圧縮ガス冷媒は、吐出管２２から配管３６に吐出される。そして、凝縮器３７に流入し、そこで放熱して凝縮された後、キャピラリチューブ３８にて減圧される。そして、気液分離器３９に流入し、一部はそこで蒸発する。
【００２６】これにより、気液分離器３９内底部には液冷媒が貯留され、気液分離器３９内上部には一段膨張した飽和ガス冷媒が溜まることになる。尚、このときの飽和ガス冷媒の温度、即ち、気液分離温度は−５℃〜＋２５℃の範囲となるようにキャピラリチューブ３８の絞り量を選定する。
【００２７】そして、気液分離器３９内からは液冷媒のみがキャピラリチューブ４１方向に流出し、そこで減圧される。そして、冷却器４２に流入して蒸発する。このときに周囲から熱を奪うことによって冷却器４２は冷却作用を発揮する。そして、冷却器４２を出た低温ガス冷媒は配管４３を経て圧縮機Ｃに帰還し、吸込管２３から低段側圧縮部５１に再び吸い込まれる。
【００２８】一方、気液分離器３９内上部の飽和ガス冷媒は、分岐管４４に流出し、そこを通って吸入管２４に入り、その後、低段側圧縮部５２から吐出された一段圧縮ガス冷媒と合流して高段側圧縮部５２に再び圧縮されることになる。
【００２９】このように、圧縮機Ｃの低段側圧縮部５１、高段側圧縮部５２、凝縮器３７、キャピラリチューブ３８、気液分離器３９、キャピラリチューブ４１及び冷却器４２を順次環状に接続して冷凍サイクルを構成し、気液分離器３９内の飽和ガス冷媒を低段側圧縮部５１から吐出された冷媒と共に高段側圧縮部５２に吸い込ませるようにしたので、一段圧縮の冷凍装置に比較して、一圧縮当たりのトルク変動を抑制しながら、高圧縮比を得ることができるようになる。
【００３０】また、高段側圧縮部５２が吸い込むガス冷媒の温度を低下させることができるようになり、入力の低減を図ることが可能となる。また、高段側圧縮部５２の吐出ガス冷媒の温度も低くなるため、潤滑油としてエステル油を用いた場合にも、ＰＯＥ問題の発生や潤滑特性の劣化を抑制することができるようになる。
【００３１】そして、気液分離器３９内の液冷媒をキャピラリチューブ４１に流して冷却器４２にて蒸発させるようにしているので、冷媒循環量に対する冷凍効果を増大させ、効率の向上を図ることが可能となる（図３のモリエル線図参照）。
【００３２】ここで、係る圧縮機Ｃの振動について考察する。今、図４の如く下側となるシリンダ１０の下縁から下側の偏芯部までの距離をＬ１、上側の偏芯部までの距離をＬ２、下側のロータバランサＷ２までの距離をＬ３、上側のロータバランサＷ１までの距離をＬ４とし、下側の偏芯部の遠心力をＺ１、上側の偏芯部の遠心力をＺ２、下側のロータバランサの遠心力をＺ３、上側のロータバランサの遠心力をＺ４とした場合、圧縮機Ｃの振動が打ち消されているときには図６の式■と式■が成立する。
【００３３】式■と式■からＺ４を消去するとＺ３は式■で表せる。今、Ｚ１＞Ｚ２のとき、即ち、図４の如く偏芯重量の大きい低段側圧縮部５１をロータバランサから遠い側としたときのＺ１、Ｚ２、Ｚ３をそれぞれＺａ、Ｚｂ、Ｚ３ｌｏｗとすると、Ｚ３ｌｏｗは式■で表せる。
【００３４】一方、Ｚ１＜Ｚ２のとき、即ち、図５（本発明）の如く偏芯重量の大きい低段側圧縮部５１をロータバランサに近い側としたときのＺ１、Ｚ２、Ｚ３をそれぞれＺａ、Ｚｂ、Ｚ３ｕｐとすると、Ｚ３ｕｐは式■で表せる。
【００３５】そして、上記Ｚ３ｌｏｗとＺ３ｕｐの差（Ｚ３ｌｏｗ−Ｚ３ｕｐ）を求めると、式■の如くＺ３ｌｏｗ−Ｚ３ｕｐ＞０となり、図４のロータバランサＷ２の遠心力Ｚ３ｌｏｗは図５のロータバランサＷ２の遠心力Ｚ３ｕｐよりも大きくなることが分かる。
【００３６】また、図６の式■と式■からＺ３を消去するとＺ４は図７の式■で表せる。今、Ｚ１＞Ｚ２のとき、即ち、図４の如く偏芯重量の大きい低段側圧縮部５１をロータバランサから遠い側としたときのＺ１、Ｚ２、Ｚ４をそれぞれＺａ、Ｚｂ、Ｚ４ｌｏｗとすると、Ｚ４ｌｏｗは式■で表せる。
【００３７】一方、Ｚ１＜Ｚ２のとき、即ち、図５（本発明）の如く偏芯重量の大きい低段側圧縮部５１をロータバランサに近い側としたときのＺ１、Ｚ２、Ｚ４をそれぞれＺａ、Ｚｂ、Ｚ４ｕｐとすると、Ｚ４ｕｐは式■で表せる。
【００３８】そして、上記Ｚ４ｌｏｗとＺ４ｕｐの差（Ｚ４ｌｏｗ−Ｚ４ｕｐ）を求めると、式■の如くＺ４ｌｏｗ−Ｚ４ｕｐ＞０となり、図４のロータバランサＷ１の遠心力Ｚ４ｌｏｗは図５のロータバランサＷ１の遠心力Ｚ４ｕｐよりも大きくなることが分かる。
【００３９】即ち、本発明の如く排除容積が大で偏芯部１１の偏芯重量が大となる低段側圧縮部５１を、ロータバランサＷ１、Ｗ２の近傍側に配置すれば、比較的軽いロータバランサＷ１、Ｗ２にて各圧縮部５１、５２の偏芯部１１、１２の偏芯による圧縮機Ｃの振動を低減することが可能となる。
【００４０】これにより、ロータバランサＷ１、Ｗ２の軽量化を図り、コストの削減と信頼性の向上を実現することができるようになる。
【００４１】尚、実施例では二段圧縮式の圧縮機で説明したが、それに限らず、三段、四段と更に多段に圧縮するものに適用しても本発明は有効である。
【００４２】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、単一の密閉容器内に電動機と、この電動機にて駆動される圧縮要素とを設け、電動機を、密閉容器に固定される固定子とこの固定子の内側にて回転する回転子から構成すると共に、圧縮要素を、低段側圧縮部と高段側圧縮部により構成して冷媒を順次多段圧縮する圧縮機において、回転子に取り付けられたロータバランサを設け、排除容積の大となる低段側圧縮部を、ロータバランサの近傍側に配置したので、比較的軽いロータバランサにて各圧縮部の偏芯による振動を低減することが可能となる。
【００４３】これにより、ロータバランサの軽量化を図り、コストの削減と信頼性の向上を実現することができるようになるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月１０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】安富 耕二 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２３００７３ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）８月２４日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２８７１７ |
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