JP2023040761A - 圧縮機、および、空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧縮機21は、圧縮機構15と、インジェクション弁93と、インジェクション配管92とを備える。圧縮機構15は、圧縮室40が形成される。インジェクション弁93は、圧縮室40と連通するインジェクション通路84gに配置される。インジェクション配管92は、インジェクション通路84gに冷媒を供給する。インジェクション弁93は、弁本体94と、弁押さえ95と、弁座96とを有する。弁本体94は、第1方向D1に沿って移動可能に配置される。弁押さえ95は、弁本体94のインジェクション配管92側への移動を規制する。弁座96は、弁本体94の圧縮室40側への移動を規制する。弁押さえ95は、弁本体94により開閉される第1孔95aが形成される。弁本体94の第1方向D1の移動量である第1距離Lは、弁本体94の第1方向D1の寸法である第1寸法tより小さい。
【選択図】図5
Description
(1-1)全体構成
図1に示されるように、空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房および暖房を行うことが可能な装置である。空気調和装置1は、主として、室外ユニット2と、室内ユニット3と、液冷媒連絡管4と、ガス冷媒連絡管5とを備える。液冷媒連絡管4およびガス冷媒連絡管5は、室外ユニット2と室内ユニット3とを接続する。空気調和装置1の蒸気圧縮式の冷媒回路6は、室外ユニット2と室内ユニット3とが液冷媒連絡管4およびガス冷媒連絡管5を介して接続されることによって構成される。
(1-2-1)室内ユニット
室内ユニット3は、室内(居室および天井裏空間等)に設置され、冷媒回路6の一部を構成する。室内ユニット3は、主として、室内熱交換器31を有する。室内熱交換器31は、冷房運転時には冷媒の吸熱器(蒸発器)として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の放熱器(凝縮器)として機能して室内空気を加熱する。室内熱交換器31の液側は、液冷媒連絡管4に接続される。室内熱交換器31のガス側は、ガス冷媒連絡管5に接続される。
室外ユニット2は、室外(建物の屋上、および、建物の壁面近傍等)に設置され、冷媒回路6の一部を構成する。室外ユニット2は、主として、圧縮機21と、四路切換弁22と、室外熱交換器23と、室外膨張弁24と、アキュムレータ25と、液閉鎖弁26と、ガス閉鎖弁27と、エコノマイザ熱交換器28と、制御部29とを有する。
液冷媒連絡管4およびガス冷媒連絡管5は、冷媒回路6を備える空気調和装置1をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管である。液冷媒連絡管4およびガス冷媒連絡管5の長さおよび管径は、空気調和装置1の設置場所、および、室外ユニット2と室内ユニット3との組み合わせ等の設置条件に応じて決定される。液冷媒連絡管4を流れる冷媒は、液体であってもよく、気液二相であってもよい。
図1を参照しながら、空気調和装置1の冷房運転および暖房運転時の動作について説明する。
空気調和装置1が暖房運転を行う場合、四路切換弁22は、図1の実線で示される状態に切り換えられる。冷媒回路6において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁22、ガス閉鎖弁27およびガス冷媒連絡管5を通じて、室内熱交換器31に送られる。室内熱交換器31に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器31において、室内空気と熱交換を行って凝縮して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気が加熱される。室内熱交換器31で凝縮した液冷媒は、液冷媒連絡管4および液閉鎖弁26を通じて、室外膨張弁24に送られる。室外膨張弁24に送られた冷媒は、室外膨張弁24によって冷凍サイクルの低圧まで減圧される。室外膨張弁24で減圧された低圧の冷媒は、室外熱交換器23に送られる。室外熱交換器23に送られた低圧の冷媒は、室外熱交換器23において、室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒となる。室外熱交換器23で蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁22およびアキュムレータ25を通じて、再び、圧縮機21に吸入される。
空気調和装置1が冷房運転を行う場合、四路切換弁22は、図1の破線で示される状態に切り換えられる。冷媒回路6において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁22を通じて、室外熱交換器23に送られる。室外熱交換器23に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器23において、室外空気と熱交換を行って凝縮して、高圧の液冷媒となる。室外熱交換器23で凝縮した液冷媒は、室外膨張弁24によって冷凍サイクルの低圧まで減圧される。室外膨張弁24で減圧された低圧の冷媒は、液閉鎖弁26および液冷媒連絡管4を通じて、室内熱交換器31に送られる。室内熱交換器31に送られた冷媒は、室内熱交換器31において、室内空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。これにより、室内空気は冷却される。室内熱交換器31で蒸発したガス冷媒は、ガス冷媒連絡管5、ガス閉鎖弁27、四路切換弁22およびアキュムレータ25を通じて、再び、圧縮機21に吸入される。
(2-1)全体構成
図2に示されるように、圧縮機21は、主として、ケーシング10と、圧縮機構15と、駆動モータ16と、クランクシャフト17と、吸入管19と、吐出管20と、インジェクション配管92と、インジェクション弁93とを備える。
ケーシング10は、円筒形の胴部11と、ボウル形の頂部12と、ボウル形の底部13とから構成される。頂部12は、胴部11の上端部と気密状に連結される。底部13は、胴部11の下端部と気密状に連結される。
図2および図3に示されるように、圧縮機構15は、主として、フロントヘッド83と、シリンダ84と、リアヘッド85と、ピストン81と、ブッシュ82とから構成される。フロントヘッド83、シリンダ84およびリアヘッド85は、ボルト等によって一体的に締結される。圧縮機構15の上方の空間は、圧縮機構15によって圧縮された冷媒が吐出される高圧空間HSである。
図4に示されるように、シリンダ84は、主として、シリンダ孔84aと、吸入孔84bと、吐出切り欠き84cと、ブッシュ収容孔84dと、ベーン収容孔84eと、インジェクション通路84gとを有する。シリンダ84は、フロントヘッド83とリアヘッド85との間に位置する。シリンダ84の上側の端面である第1シリンダ端面86aは、フロントヘッド83の下面と接する。シリンダ84の下側の端面である第2シリンダ端面86bは、リアヘッド85の上面と接する。
ピストン81は、シリンダ84のシリンダ孔84aに挿入される略円筒状の部材である。ピストン81の上側の端面は、フロントヘッド83の下面と接する。ピストン81の下側の端面は、リアヘッド85の上面と接する。
ブッシュ82は、一対の略半円柱状の部材である。ブッシュ82は、ベーン81bを挟み込むようにして、シリンダ84のブッシュ収容孔84dに収容される。ブッシュ82は、シリンダ84と摺動可能である。
フロントヘッド83は、シリンダ84の第1シリンダ端面86aを覆う部材である。フロントヘッド83は、ボルト等によって、ケーシング10に締結される。フロントヘッド83は、クランクシャフト17を支持するための上部軸受部23aを有する。
リアヘッド85は、シリンダ84の第2シリンダ端面86bを覆う部材である。リアヘッド85は、クランクシャフト17を支持するための下部軸受部25aを有する。シリンダ84のシリンダ孔84aは、フロントヘッド83およびリアヘッド85によって閉塞される。
駆動モータ16は、ケーシング10の内部に収容され、圧縮機構15の上方に配置されるブラシレスDCモータである。駆動モータ16は、主として、ケーシング10の内壁面に固定されるステータ51と、ステータ51の内側に回転自在に収容されるロータ52とから構成される。ステータ51とロータ52との間には、エアギャップが設けられる。
クランクシャフト17は、ケーシング10の内部に収容され、その軸方向が鉛直方向に沿うように配置される。クランクシャフト17は、駆動モータ16のロータ52、および、圧縮機構15のピストン81に連結される。クランクシャフト17は、偏心軸部17aを有する。偏心軸部17aは、シリンダ84のシリンダ孔84aに挿入されるピストン81に連結される。クランクシャフト17の上側の端部は、駆動モータ16のロータ52に連結される。クランクシャフト17は、フロントヘッド83の上部軸受部23a、および、リアヘッド85の下部軸受部25aによって支持される。クランクシャフト17は、回転軸17gを中心として回転する。
吸入管19は、ケーシング10の胴部11を貫通する管である。ケーシング10の内部にある吸入管19の端部は、シリンダ84の吸入孔84bに嵌め込まれる。ケーシング10の外部にある吸入管19の端部は、冷媒回路6に接続される。吸入管19は、冷媒回路6から圧縮機構15に冷媒を供給する。
吐出管20は、ケーシング10の頂部12を貫通する管である。ケーシング10の内部にある吐出管20の端部は、駆動モータ16の上方の空間に位置する。ケーシング10の外部にある吐出管20の端部は、冷媒回路6に接続される。吐出管20は、圧縮機構15によって圧縮された冷媒を冷媒回路6に供給する。
インジェクション配管92は、ケーシング10の胴部11を貫通する管である。ケーシング10の内部にあるインジェクション配管92の端部は、シリンダ84のインジェクション通路84g内に配置されるインジェクション弁93に接続される。ケーシング10の外部にあるインジェクション配管92の端部は、エコノマイザ配管90に接続される。インジェクション配管92は、エコノマイザ配管90内の冷媒を、インジェクション通路84gに供給する。
圧縮機21では、冷媒回路6を流れる中間圧の冷媒が、エコノマイザ配管90およびインジェクション配管92を経由して、インジェクション通路84gに供給される。中間圧とは、圧縮機21に吸入される低圧の冷媒の圧力と、圧縮機21から吐出される高圧の冷媒の圧力との間の圧力である。空気調和装置1の能力を向上させるためには、インジェクション通路84gから圧縮室40(高圧室40b)に、十分な量の中間圧の冷媒が供給されることが好ましい。しかし、圧縮室40(高圧室40b)からインジェクション通路84gに向かって冷媒が逆流すると、空気調和装置1の能力が低下するおそれがある。
図5および図6に示されるように、第1空間97の第1方向D1の寸法を第2寸法sと定義すると、次の関係式(II)および(III)が満たされる。
s=L+t (III)
第1距離Lおよび第1寸法tは、次の関係式(IV)を満たすことが好ましい。
第1距離Lおよび第1寸法tは、次の関係式(V)を満たすことがより好ましい。
第1距離Lおよび第1寸法tは、次の関係式(VI)を満たすことがより好ましい。
また、第1方向D1に沿って見た場合における弁本体94の面積を第1面積S1と定義し、第1方向D1に沿って見た場合における弁押さえ95の第1孔95aの面積を第2面積S2と定義する。第1面積S1は、周縁部94bの面積であり、中央孔94aの面積を含まない。第2面積S2は、弁押さえ95の全ての第1孔95aの面積の合計である。中央孔94aおよび第1孔95aの面積とは、第1方向D1に沿って見た場合の面積である。
関係式(VII)は、次の関係式(VIII)と同値である。
ここで、
i:弁本体94の外径
j:弁本体94の中央孔94aの直径
n:弁押さえ95の第1孔95aの数
k:弁押さえ95の第1孔95aの直径
である(図7および図8)。図8において、nは12である。
S2=n×(k/2)2×π (X)
関係式(VII)に、関係式(IX)および(X)を代入することで、関係式(VIII)が導かれる。
駆動モータ16が始動すると、クランクシャフト17の偏心軸部17aは、クランクシャフト17の回転軸17gを中心に偏心回転する。これにより、偏心軸部17aに連結されるピストン81は、シリンダ84のシリンダ孔84a内で公転する。ピストン81が公転している間、ピストン外周面81cは、シリンダ内周面86cと接する。ピストン81の公転によって、ベーン81bは、その両側面をブッシュ82に挟まれながら進退する。
(3-1)
圧縮機21が冷媒を圧縮している間、弁本体94は、弁押さえ95および弁座96との衝突を繰り返す。圧縮機21のような回転式の圧縮機の場合、上述したように、インジェクション弁93は、圧縮室40内の冷媒と、インジェクション配管92内の中間圧の冷媒との間の圧力差によって開く。圧縮室40と連通する吸入孔84b内の冷媒の圧力は、冷媒回路6において最も低い。そのため、回転式の圧縮機の場合、インジェクション弁93を開閉する駆動力となる圧力差が比較的大きいので、弁押さえ95および弁座96と衝突する時の弁本体94の速さが大きくなりやすい。
圧縮機21では、インジェクション弁93は、第1距離Lおよび第1寸法tが上述の関係式(IV)~(VI)を満たすように設計される。これにより、弁本体94の破損が効果的に抑制される。
圧縮機21では、弁本体94および弁押さえ95は、上述の関係式(VII)および(VIII)が満たされるように設計される。これにより、インジェクション弁93のシール性能が適切に確保される。
圧縮機21では、弁本体94は、ばね鋼で成形される。これにより、弁本体94の破損が効果的に抑制される。
上述のスクロール式の圧縮機では、固定スクロールに対して可動スクロールが公転することで、固定スクロールと可動スクロールとにより形成される圧縮室の容積が減少して、圧縮室内の冷媒が圧縮される。一般に、スクロール式の圧縮機では、低圧の冷媒が高圧の冷媒に圧縮されるまで、固定スクロールに対して可動スクロールは少なくとも2回公転する。そのため、スクロール式の圧縮機に、インジェクション弁93のような弁が設けられている場合、可動スクロールが少なくとも2回公転する度に、弁が1回開閉する。
空気調和装置1は、圧縮機21を備える。圧縮機21の弁本体94の破損が抑制されることにより、空気調和装置1の信頼性が向上する。また、中間インジェクションによって圧縮室40に供給される中間圧の冷媒の量を増加させることにより、空気調和装置1の能力を向上させることができる。
(4-1)第1変形例
実施形態において、圧縮機21は、回転式の圧縮機である。しかし、インジェクション弁93は、回転式の圧縮機以外の圧縮機にも適用できる。例えば、インジェクション弁93は、スクロール式の圧縮機にも適用できる。
インジェクション弁93は、弁本体94と弁座96との間に配置される弾性体をさらに有してもよい。弾性体は、例えば、バネである。弾性体は、圧縮室40の圧力が、インジェクション圧力よりも所定の値だけ小さい圧力を超えている場合に、弁本体94を弁押さえ95に押し付けるように構成される。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
15 :圧縮機構
21 :圧縮機
40 :圧縮室
40a :低圧室(第1室)
40b :高圧室(第2室)
81 :ピストン
81b :ベーン
82 :一対のブッシュ
84g :インジェクション通路
92 :インジェクション配管
93 :インジェクション弁
94 :弁本体
95 :弁押さえ
95a :第1孔
96 :弁座
D1 :第1方向
Claims (7)
- 冷媒が圧縮される圧縮室(40)が形成される圧縮機構(15)と、
前記圧縮室と連通するインジェクション通路(84g)に配置されるインジェクション弁(93)と、
前記インジェクション通路に冷媒を供給するインジェクション配管(92)と、
を備え、
前記インジェクション弁は、
第1方向(D1)に沿って移動可能に配置される弁本体(94)と、
前記弁本体よりも前記インジェクション配管側に配置され、前記弁本体の前記インジェクション配管側への移動を規制する弁押さえ(95)と、
前記弁本体よりも前記圧縮室側に配置され、前記弁本体の前記圧縮室側への移動を規制する弁座(96)と、
を有し、
前記弁押さえは、前記弁本体により開閉される第1孔(95a)が形成され、
前記弁本体が前記弁押さえに当たって前記第1孔を塞ぐ第1状態から、前記弁本体が前記弁押さえから離れて前記弁座に当たる第2状態に移行する際における、前記弁本体の前記第1方向の移動量である第1距離は、前記弁本体の前記第1方向の寸法である第1寸法より小さい、
圧縮機(21)。 - 前記第1距離をLとし、前記第1寸法をtとする場合、0.2mm≦L<t≦1.8mmの関係式を満たす、
請求項1に記載の圧縮機。 - 前記第1方向に沿って見た場合における前記弁本体の面積をS1とし、前記第1方向に沿って見た場合における前記第1孔の面積をS2とする場合、4.1≦S1/S2≦4.9の関係式を満たす、
請求項1または2に記載の圧縮機。 - 前記弁本体は、ばね鋼で成形される、
請求項1から3のいずれか1項に記載の圧縮機。 - 前記圧縮機構は、ピストン(81)と、前記ピストンに接して前記圧縮室を第1室(40a)と第2室(40b)とに仕切るベーン(81b)とを有し、
前記ベーンは、前記圧縮室で冷媒が圧縮される間、進退可能に保持される、
請求項1から4のいずれか1項に記載の圧縮機。 - 前記圧縮機構は、前記圧縮室を第1室(40a)と第2室(40b)とに仕切るベーン(81b)と、一対のブッシュ(82)とを有し、
前記ベーンは、前記圧縮室で冷媒が圧縮される間、前記一対のブッシュの間で進退可能に保持される、
請求項1から4のいずれか1項に記載の圧縮機。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の圧縮機を備える、
空気調和装置(1)。
Priority Applications (2)
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