JP2006207381A - 密閉型圧縮機と冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】片シリンダを休筒運転させることにより能力を全負荷運転と制御負荷運転の２段階に可変とした多気筒型ロータリ式密閉形圧縮機において、休筒運転側のシリンダに配置されたベーンを固定する為に用いた永久磁石によりベーンが磁化され微小金属粉を吸着し、摺動部の摩耗を促進し、圧縮機の寿命を短くするという問題点を解決するものであり、圧縮機の信頼性の向上を可能とする密閉型圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】当ベーンを、非磁性体材料で構成すると共に、ベーンを保持する為の永久磁石をベーンそのものに取り付けるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば空気調和機の冷凍サイクルを構成するロータリ式密閉形圧縮機の構造に関するものである。

一般的なロータリ式密閉形圧縮機の構成は、密閉ケース内に電動機部およびこの電動機部と連結される圧縮機構部を収容しており、圧縮機構部で圧縮したガスを一旦密閉ケース内に吐出するケース内高圧形となっている。上記圧縮機構部は、シリンダに設けられるシリンダ室にピストンが収容される。また、シリンダにはベーン室が設けられていて、ここにベーンが摺動自在に収納される。上記ベーンの先端縁は、常にシリンダ室側へ突出してピストンの周面に弾性的に当接するよう圧縮ばねによって押圧付勢される。

したがって、シリンダ室はベーンによってピストンの回転方向に沿い二室に区分され、一室側に吸込み部が連通され、他室側に吐出部が連通される。吸込み部には吸込み管が接続され、吐出部は密閉ケース内に開口される。

ところで、近年、上記シリンダを上下方向に２セット配置した、２シリンダタイプのロータリ式密閉形圧縮機が標準化されつつある。そして、このような圧縮機において、常時圧縮作用をなすシリンダと、必要に応じて圧縮−停止の切換えを可能としたシリンダを備えることができれば、仕様が拡大されて有利となる。

たとえば、特許文献１には、シリンダ室を２室備え、必要に応じていずれか一方のシリンダ室のベーンをローラから強制的に離間保持するとともに、そのシリンダ室を高圧化して圧縮作用を中断させる高圧導入手段を備えたことを特徴とする技術が開示されている。
特開２００４−３０１１１４号公報

この種の圧縮機は機能的に極めて優れるが、第１のシリンダ室のベーンをピストンから強制的に離間保持するために、ベーンの背面側端面に永久磁石を設置していた。ベーンの主成分は鉄であるため、背部に設置された永久磁石の磁力により磁化されることがあった。また圧縮機構部には金属接触を伴う摺動部が存在する為、その摺動により金属が摩耗し、その結果生じた微小金属粉が周囲の冷凍機油内に存在する。通常微小金属粉は密閉ケース内底部に沈殿しているが、上記ベーンが磁化されると当ベーンは微小金属粉を吸着してしまう。微小金属粉はベーンとシリンダ部材との摺動部分において研磨剤として機能する為、シリンダ部材の摩耗切削を著しく促進させ、結果として圧縮機部の性能低下、及び信頼性低下を招く恐れがある。

本発明は上記事情に基づきなされたものであり、その目的とするところは、ベーンの磁化を防ぎ信頼性の向上を図れるロータリ式密閉形圧縮機を提供しようとするものである。

上記目的を満足するため、本発明のロータリ式密閉形圧縮機は、第１のシリンダに設けられるベーンの材質を非磁性体にし、また永久磁石をベーンに取り付ける。

本発明によれば、ベーンの磁化を防ぎ信頼性の向上を図れるロータリ式密閉形圧縮機を
提供できる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面にもとづいて説明する。

図１は、ロータリ式密閉形圧縮機の断面構造と、このロータリ式密閉形圧縮機Ｒを備えた冷凍サイクルの図である。

はじめにロータリ式密閉形圧縮機Ｒから説明すると、密閉ケース１内の下部には後述する圧縮機構部２が設けられ、上部には電動機部３が設けられる。これら電動機部３と圧縮機構部２とは回転軸４を介して連結される。

電動機部３は、密閉ケース１の内面に固定されるステータ５と、ステータ５の内側に所定の間隙を存して配置され、かつ回転軸４が介挿されるロータ６とから構成される。

圧縮機構部２は、回転軸４の下部に、中間仕切り板７を介して上下に配設される第１のシリンダ８ａと、第２のシリンダ８ｂを備えている。第１のシリンダ８ａの上面部には主軸受９が重ね合わされ、第１のバルブカバー３０ａと共にシリンダ８ａに取付固定される。第２のシリンダ８ｂの下面部には副軸受１０が重ね合わされ、第２のバルブカバー３０ｂと共にシリンダ８ｂに取付固定される。

一方、回転軸４は、中途部と下端部が主軸受９と副軸受１０に回転自在に枢支される。さらに回転軸４は各シリンダ８ａ，８ｂ内部を貫通するとともに、約１８０°の位相差をもって形成される２つの偏心部４ａ，４ｂを一体に備えている。各偏心部４ａ，４ｂは互いに同一直径をなし、各シリンダ８ａ，８ｂ内径部に位置するよう組み立てられる。各偏心部４ａ，４ｂの周面には、互いに同一直径をなす偏心ローラ１１ａ，１１ｂが嵌合される。各シリンダ８ａ，８ｂには、シリンダ室１２ａ，１２ｂと連通するベーン室２０ａ，２０ｂが設けられている。各ベーン室２０ａ，２０ｂには、ベーン１３ａ，１３ｂがシリンダ室１２ａ，１２ｂに対して突没自在に収容される。

図２は、第１のシリンダ８ａと第２のシリンダ８ｂを分解して示す斜視図である。

ベーン室２０ａ，２０ｂは、ベーン１３ａ，１３ｂの両側面が摺動自在に移動できるベーン溝２２ａ，２２ｂと、各ベーン溝２２ａ，２２ｂ端部に一体に連設されベーン１３ａ，１３ｂの後端部が収容される縦孔部２１ａ，２１ｂとからなる。上記第１のシリンダ８ａには、外周面とベーン室２０ａとを連通する横孔２６が設けられ、ばね部材２７が収容される。ばね部材２７は、ベーン１３ａの背面側端面と密閉ケース１内周面との間に介在され、ベーン１３ａに弾性力（背圧）を付与して、この先端縁を偏心ローラ１１ａに接触させる圧縮ばねである。

第２のシリンダ８ｂ側のベーン室２０ｂにはベーン１３ｂ以外に何らの部材も収容されていない。このベーン１３ｂは、例えばセラミックやカーボンといった非磁性体の材料によって成形されており、背部には永久磁石が取り付けられている。これは運転切り替えの際のベーン保持機構に関するものであるが、詳細は後述する。なお、各ベーン１３ａ，１３ｂの先端縁は半円状に形成されており、円形状のピストン１１ａ，１１ｂ周壁にピストン１１ａの回転角度にかかわらず線接触できる。

ベーン室２０ｂおよびベーン１３ｂ後端部は密閉ケース内と連通しているため、密閉ケース内の圧力を直接的に受けることになる。即ちベーン１３ｂはベーン室２０ｂに摺動自
在に収容され、かつ後端部がベーン室２０ｂの縦孔部２１ｂに位置するので、ケース内圧力を直接的に受ける。

上記ベーン１３ｂの先端部が第２のシリンダ室１２ｂに対向しており、ベーン先端部はシリンダ室１２ｂ内の圧力を受ける。結局、上記ベーン１３ｂは先端部と後端部が受ける互いの圧力の大小に応じて、圧力の大きい方から圧力の小さい方向へ移動するよう構成されている。

再び図１に示すように、密閉ケース１の上端部には、吐出管１６が接続される。この吐出管１６は、凝縮器１７と、膨張機構１８および蒸発器１９を介してアキュームレータ１５に接続される。このアキュームレータ１５底部には、圧縮機Ｒに対する吸込み管１４ａ，１４ｂが接続される。一方の吸込み管１４ａは密閉ケース１と第１のシリンダ８ａ側部を貫通し、第１のシリンダ室１２ａ内に直接連通する。他方の吸込み管１４ｂは密閉ケース１を介して第２のシリンダ８ｂ側部を貫通し、第２のシリンダ室１２ｂ内に直接連通する。

また、圧縮機Ｒと凝縮器１７とを連通する上記吐出管１６の中途部から分岐して、上記第２のシリンダ室１２ｂに接続される吸込み管１４ｂの中途部に合流する分岐管Ｐが設けられる。この分岐管Ｐの中途部には、第１の開閉弁２３が設けられる。上記吸込み管１４ｂで、分岐管Ｐの分岐部よりも上流側には第２の開閉弁２４が設けられる。上記第１の開閉弁２３と第２の開閉弁２４は、それぞれ電磁弁であって、上記制御部２５からの電気信号に応じて開閉制御されるようになっている。

このようにして、第２のシリンダ室１２ｂに接続される吸込み管１４ｂ、分岐管Ｐ、第１の開閉弁２３および第２の開閉弁２４とで圧力切換え機構Ｋが構成される。そして、圧力切換え機構Ｋの切換え作動に応じて、第２のシリンダ８ｂのシリンダ室１２ｂに吸込み圧もしくは吐出圧が導かれるようになっている。

上述のロータリ式密閉形圧縮機Ｒを備えた冷凍サイクル装置の作用について説明する。

先ず、通常運転（全能力運転）を選択した場合には、制御部２５は第１の開閉弁２３を閉成し、第２の開閉弁２４を開放する。

第１のシリンダ８ａにおいては、ベーン１３ａがばね部材２７によって常に弾性的に押圧付勢されるため、ベーン１５ａの先端がピストン１３ａに接して第１のシリンダ室１２ａ内を吸込み室と圧縮室に二分する。

ピストン１３ａの回転にともなって、第１のシリンダ室内のガスが圧縮される。回転軸４が継続して回転され、高圧ガスがバルブカバー３０ａを介して密閉ケース１内に吐出され充満し、密閉ケース上部の吐出管１６から吐出される。

一方、第１の開閉弁２３が閉成されているので、第２のシリンダ室１２ｂに吐出圧（高圧）が導かれることはない。また第２の開閉弁２４が開放されているので、アキュームレータ１５から低圧のガス冷媒が第２のシリンダ室１２ｂに導かれる。第２のシリンダ室１２ｂは吸込み圧（低圧）雰囲気となる一方で、ベーン室２０ｂが密閉ケース１内に露出して吐出圧（高圧）下にある。上記ベーン１３ｂは、その先端部が低圧条件となり、かつ後端部が高圧条件とるため、ピストン１３ｂに摺接するように押圧付勢される。すなわち、第１のシリンダ室１２ａと、第２のシリンダ室１２ｂとの両方で圧縮作用がなされ、全能力運転が行われることになる。

次に、特別運転（能力半減運転）を選択した場合には、制御部２５は第１の開閉弁２３を開放し、第２の開閉弁２４を閉成するように切換え設定する。第１のシリンダ室１２ａにおいては上述したように通常の圧縮作用がなされ、密閉ケース１内に吐出された高圧ガスが充満してケース内高圧となる。吐出管１６から吐出される高圧ガスの一部が分岐管Ｐに分流され、開放する第１の開閉弁２３を介して第２のシリンダ室１２ｂ内に導入される。

第２のシリンダ室１２ｂが吐出圧（高圧）雰囲気にある一方で、ベーン室２０ｂはケース内高圧と同一の状況下にあることには変りがない。そのため、ベーン１２ｂは前後端部とも高圧の影響を受けていて、前後端部において差圧が存在しない。ベーン１３ｂはピストン１１ｂ外周面から離間した位置で移動することなく停止状態を保持し、第２のシリンダ室１２ｂでの圧縮作用は行われない。結局、第１のシリンダ室１２ａでの圧縮作用のみが有効であり、能力を半減した運転がなされることになる。

この時、ベーン１３ｂを全くの自由状態とすると、ベーン１３ｂ先端部がピストン１１ｂに接触を繰り返してベーン室２０ｂで踊る。したがって、ベーン１３ｂのピストン１１ｂに接触による異常音の発生や、ベーン１３ｂの破損に至る恐れがある。そのため、能力半減運転の際には第２のシリンダ８ｂ側のベーン１３ｂの位置を先端部がピストン１１ｂと接触しない位置保持するとよい。図３にベーン１３ｂの保持機構を示す。当保持機構は、ベーン１３ｂの背面に設けられる永久磁石２８である。この永久磁石２８を備えることにより、特別運転（能力半減運転）に上記ベーン１３ｂは背部のシリンダ部材に吸着し、ピストン１３ｂから離間保持される。

なお、永久磁石２８による磁気吸引力は第２のシリンダ８ｂ側のシリンダ室１２ｂにかかる圧力とベーン室２０ｂにかかる圧力との差圧よりも小さい力であるため、通常運転（全能力運転）時にベーン１３ｂ先端部とピストン１１ｂが離間することは無い。

保持機構においてベーン１３ｂは永久磁石２８より常に磁気雰囲気下に置かれている。従来例においては、ベーン１３ｂは鉄を主成分として構成されたものがほとんどであるため、ベーンはやがて磁化されてしまう。一方密閉ケース内には、圧縮機構部の摺動磨耗時や圧縮機本体の製造時に混入した微小金属粉が存在する。微小金属粉は磁化されたベーン１３ｂに吸着され、ベーンとシリンダの摺動部に潜り込み、研磨剤として機能するため、シリンダやベーン材の摩耗を著しく促進させることがあった。当発明でベーン１３ｂは、例えばセラミック材やカーボン材等の非磁性体材料で構成されているので、上記保持機構に用いる永久磁石と常時接触していても磁化されない。そのため、密閉ケース内に存在する微小金属粉を吸着することがなく、ベーン１３ａとシリンダ８ｂ間の摺動部の摩耗を促進する事はない。

（実施の形態２）
図４に本発明の第２の実施の形態を示す。永久磁石２８はベーン１３ｂの背部に設けられた溝に圧入されており、簡易な方法で永久磁石を取り付けられる。

（実施の形態３）
図５に本発明の第３の実施の形態を示す。永久磁石２８はベーン１３ｂの背部にボルト２９によりネジ止めされており、より強固な方法で永久磁石を取り付けられる。

以上のように本発明に係る密閉型圧縮機は、ベーンの磁化を防ぎ信頼性の向上を図れるので、空気調和機のみならず冷蔵庫やヒートポンプ式給湯器など冷凍サイクルを利用した機器に広く適用することが出来る。

本発明実施の形態１に係る密閉形圧縮機と冷凍サイクルの構成を示す図 本発明実施の形態１に係る第１及び第２のシリンダの分解斜視図 本発明実施の形態１に係るベーン保持機構を示す図 本発明実施の形態２に係るベーンの構成図 本発明実施の形態３に係るベーンの構成図

符号の説明

１ 密閉ケース
３ 電動機部
２ 圧縮機構部
４ 回転軸
５ ステータ
６ ロータ
７ 中間仕切り板
８ａ，８ｂ シリンダ
９ 主軸受
１０ 副軸受
１１ａ，１１ｂ ピストン
１２ａ，１２ｂ シリンダ室
１３ａ，１３ｂ ベーン
１４ａ，１４ｂ 吸い込み管
１５ アキュームレータ
１６ 吐出管
１７ 凝縮器
１８ 膨張機構
１９ 蒸発器
Ｐ 分岐管
２０ａ，２０ｂ ベーン室
２１ａ，２１ｂ 縦孔部
２２ａ，２２ｂ ベーン溝
２３ 第１の開閉弁
２４ 第２の開閉弁
２５ 制御部
２６ バネ孔
２７ ばね部材
２８ 永久磁石
２９ ボルト
３０ａ，３０ｂ バルブカバー

Claims (4)

1. 密閉ケース内に、電動機部およびこの電動機部と連結されるロータリ式の圧縮機構部を収容し、上記圧縮機構部で圧縮したガスを一旦密閉ケース内に吐出してケース内高圧とする多気筒型ロータリ式密閉形圧縮機において、上記圧縮機構部は、それぞれ偏心ローラが偏心回転自在に収容されるシリンダ室を備えた第１のシリンダおよび第２のシリンダと、これら第１のシリンダと第２のシリンダに設けられ、その先端縁が上記偏心ローラの周面に当接するよう押圧付勢され、偏心ローラの回転方向に沿ってシリンダ室を二分するベーンおよびそれぞれの上記ベーンの背面側端部を収容するベーン室とを具備し、上記第１のシリンダに設けられるベーンは、上記ベーン室に配備されるばね部材によって押圧付勢され、上記第２のシリンダに設けられるベーンは、上記ベーン室に導かれるケース内圧力と、上記シリンダ室に導かれる吸込み圧もしくは吐出圧との差圧に応じて押圧付勢され、上記第２のシリンダに設けられるベーンは非磁性体でかつ永久磁石を装着した構成であることを特徴とする多気筒型ロータリ式密閉形圧縮機。
2. 上記保持機構におけるベーンへの永久磁石の接合方法は、ベーン背部に設けられた溝への圧入によるものである請求項１記載の多気筒型ロータリ式密閉形圧縮機。
3. 上記保持機構におけるベーンへの永久磁石の接合方法は、ベーン背部に設けられたネジ穴へのネジ止めによるものである請求項１記載の多気筒型ロータリ式密閉形圧縮機。
4. 上記請求項１ないし請求項２ないし請求項３のいずれかに記載のロータリ式密閉形圧縮機と、凝縮器、膨張機構および蒸発器で冷凍サイクルを構成することを特徴とする冷凍サイクル装置。
   

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